[发明专利]一种用于脑部微组织结构测量的扩散弛豫谱成像方法

权利要求书

1.一种用于脑部微组织结构测量的扩散弛豫谱成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过磁共振设备对脑部进行扩散加权成像扫描，根据不同b值和不同回波时间的设定，进行采样，得到多b值多回波时间的扩散磁共振成像图像；

步骤2、基于球面平均扩散弛豫谱成像模型对多b值多回波时间的扩散磁共振成像图像进行拟合得到具有脑组织特异性和b值依赖的弛豫时间，以及脑组织体积分数；

步骤3、基于扩散弛豫谱成像模型和步骤2中得到的弛豫时间对多b值多回波时间的扩散磁共振图像进行拟合得到无T2加权的具有脑组织特异性的纤维方向分布函数；

步骤4、将步骤2得到的弛豫时间、脑组织体积分数以及步骤3得到的分布函数进行表征得到脑组织微观结构参数。

2.根据权利要求1所述的一种用于脑部微组织结构测量的扩散弛豫谱成像方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

步骤1.1、设定多b值梯度表，随着b值增加，梯度方向数量以2倍数量级增加；

步骤1.2、在扩散时间和扫描重复时间均保持固定的情况下，进行多b值单次回波时间的扩散磁共振成像，获得各个b值对应的全采样磁共振图像；

步骤1.3、等步长增加回波时间，重复执行步骤1.2，获取多b值多回波时间的扩散磁共振成像数据。

3.根据权利要求1所述的一种用于脑部微组织结构测量的扩散弛豫谱成像方法，其特征在于，所述球面平均扩散弛豫谱成像模型是扩散弛豫谱成像模型的球面平均化结果。

4.根据权利要求3所述的一种用于脑部微组织结构测量的扩散弛豫谱成像方法，其特征在于，所述球面平均扩散弛豫谱成像模型排除纤维方向分布对于弛豫时间的影响，将大脑的微观组织环境表征为脑组织内受限、受阻和自由扩散部分，并根据一个几何曲度来区分受限和受阻部分；每一个扩散部分通过一系列自旋包的球面平均信号的加权组合，并计算其对应的体积分数，探测跨越一系列扩散尺度的弛豫扩散耦合。

5.根据权利要求4所述的一种用于脑部微组织结构测量的扩散弛豫谱成像方法，其特征在于，所述扩散弛豫谱成像模型具体为：

扩散弛豫谱成像模型根据特定回波时间τ，扩散梯度方向g和b值采集的扩散磁共振信号S(τ，b，g)建模为并且扩展为多组织模型为：

其中，S_r(b，g)，S_h(b，g)和S_f(b)分别表示脑组织内受限、受阻和自由扩散部分的扩散信号；梯度强度b依赖的表观弛豫率r(b)＝1/T₂(b)通过重复采集多个不同回波时间的扩散信号来估计，并表示为：

其中R(b，g，D_r)，R(b，g，D_h)，R(b，g，D_f)是与表观扩散系数D_r，D_h，D_f相关的具有脑组织特异性的响应函数，基于多尺度的响应函数与表观扩散系数，产生了具有组织特异性的多尺度纤维方向分布函数，在球谐空间中表示为球谐系数f(D_r)，f(D_h)，f(D_f)；算子将球谐系数映射回纤维方向分布函数。

6.根据权利要求5所述的一种用于脑部微组织结构测量的扩散弛豫谱成像方法，其特征在于，所述球面平均扩散弛豫谱成像模型具体为：

其中w(D_r)，w(D_h)，w(D_f)是对应于脑组织内受限、受阻和自由扩散部分的体积分数，k(b，D_r)，k(b，D_h)，k(b，D_f)是响应函数R(b，g，D_r)，R(b，g，D_h)，R(b，g，D_f)的球面平均值，具体通过以下方程计算