心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法
【專利摘要】心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法，本發(fā)明屬于磁共振成像計算機(jī)仿真領(lǐng)域，它為了解決活體實(shí)驗定性評估方法不能精確量化檢測效果，以及傳統(tǒng)的仿真實(shí)驗定量評估方法評估難度大，評估成本高，評估周期長的問題。仿真方法：一、利用網(wǎng)絡(luò)避讓算法、邊界避讓算法及流體分支約束算法，建立虛擬心肌微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型；二、建立血管內(nèi)血流灌注模型和血管外水分子擴(kuò)散運(yùn)動模型；三、基于擴(kuò)散磁共振成像原理模擬IVIM?MRI機(jī)制，生成磁共振衰減信號；四、對衰減信號非線性擬合，獲得心肌微循環(huán)灌注模型的仿真檢測結(jié)果。采用本發(fā)明的方法能夠提供可靠的仿真定量評估結(jié)論。
【專利說明】心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于磁共振成像計算機(jī)仿真領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]心肌微循環(huán)是微動脈、毛細(xì)血管和小靜脈之間的血液循環(huán)，是心肌細(xì)胞與血液進(jìn)行物質(zhì)交換的重要場所。心肌微循環(huán)灌注異常會引發(fā)相應(yīng)心肌缺血等臨床癥狀，嚴(yán)重威脅人類健康。體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像(Intra-voxel Incoherent Motion MagneticResonance Imaging, IVIMMRI)技術(shù)是近年來新興的一種微循環(huán)灌注成像手段,是在擴(kuò)散加權(quán)磁共振成像技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其原理是利用流向隨機(jī)的灌注血液在擴(kuò)散敏感梯度作用下質(zhì)子群相位嚴(yán)重不相干的物理現(xiàn)象，生成多b值(衰減因子)磁共振衰減信號，并最終從衰減信號中獲得血液容積分?jǐn)?shù)和血流速度等微循環(huán)灌注信息。由于IVIM MRI技術(shù)具有無需顯像劑以及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，目前國內(nèi)外正在積極嘗試將其應(yīng)用于心肌微循環(huán)灌注的臨床檢測，其中，檢測效果的評估尤為重要。
[0003]成像技術(shù)檢測效果評估方法包括活體實(shí)驗定性評估和仿真實(shí)驗定量評估?；铙w實(shí)驗定性評估是在不明確被測活體組織真實(shí)生理參數(shù)的情況下，僅通過將活體組織成像結(jié)果與該組織普遍意義上的生理參數(shù)比對，粗略估計成像技術(shù)的檢測效果。由于活體實(shí)驗定性評估無法精確量化檢測效果，所以需要與仿真實(shí)驗定量評估相結(jié)合，才能獲得全面、可靠的評估結(jié)論。傳統(tǒng)的仿真實(shí)驗定量評估先要制作能夠模擬生物組織生理特征的仿真實(shí)體，再通過統(tǒng)計實(shí)體成像結(jié)果與實(shí)體參數(shù)之間的誤差，得到檢測效果的定量評估結(jié)論。然而，由于心肌微循環(huán)的生理結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，所以仿真實(shí)體的制作難度將明顯增加。同時，制作理想的仿真實(shí)體需要精密的加 工設(shè)備和復(fù)雜的制作工藝，這將顯著增加評估成本和評估周期。基于上述原因，目前國內(nèi)外僅能通過活體實(shí)驗定性評估方法粗略估計心肌微循環(huán)灌注IVIMMRI的檢測效果。由于缺乏精確量化的評估結(jié)論，嚴(yán)重阻礙了 IVMMRI技術(shù)在心肌微循環(huán)檢測方面的臨床應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決活體實(shí)驗定性評估方法不能精確量化檢測結(jié)果，以及傳統(tǒng)的仿真實(shí)驗定量評估方法評估難度大，評估成本高，評估周期長的問題，而提出了心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法。
[0005]本發(fā)明心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法按下列步驟實(shí)現(xiàn):
[0006]一、采用網(wǎng)絡(luò)避讓方程⑴使將要生成的血管段朝向函數(shù)400為最小值的方向生長;
NJF
[0007]ZiW = -2IF ⑴

『I P-Xw 1.[0008]其網(wǎng)絡(luò)避讓方程(I)中X表示將要生成的血管段軸線的終點(diǎn)，Xn表示已生成血管段的質(zhì)心，N表示已生成血管的段數(shù)，βν表示衰減系數(shù)，Un表示避讓權(quán)值，Un的表達(dá)式為:
[0009]Url=RlxLlt (2)
[0010]其仏表達(dá)式⑵中1^表示已生成的第η段血管的半徑，1^表示已生成的第η段血管的長度；
[0011]采用邊界避讓方程(3)避免將要生成的血管段沖出組織邊界，邊界避讓方程為:
【權(quán)利要求】
1.心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法，其特征在于是按下列步驟實(shí)現(xiàn): 一、采用網(wǎng)絡(luò)避讓方程(I)使將要生成的血管段朝向函數(shù)400為最小值的方向生長；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法，其特征在于步驟一中子段b與母段的夾角Θ 2按如下最優(yōu)分枝角度方程計算:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法，其特征在于步驟四取15~20個不同的|δ|值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心肌微循環(huán)灌注體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像仿真方法，其特征在于步驟四利用Levenberg - Marquardt算法對磁共振信號衰減表達(dá)式(15)進(jìn)行非線性擬合。
【文檔編號】G06F19/00GK104021301SQ201410273349
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】劉宛予, 鄶子翔, 黃建平, 朱躍敏 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)