[发明专利]基于结构先验信息的人体心脏左心室扩散张量估计方法

说明书

本发明涉及心脏磁共振扩散张量成像信号处理技术领域，具体涉及一种基于结构先验信息的人体心脏左心室扩散张量估计方法，首先采用经典方法估计初始扩散张量，并根据初始扩散张量估计结果拟合得到先验纤维走向，然后构造基于邻域张量平滑限制和先验纤维走向限制的目标函数，最后求解带正定限制的目标函数最小化问题，从而得到扩散张量的估计结果。估计结果更加符合实际，准确性更高；能够有效的提高人体心脏左心室扩散张量估计的准确性，与经典的线性最小二乘方法相比，本发明方法估计得到的扩散张量的主特征方向(主扩散方向)准确性提高了约31％，扩散各向异性提高了约14％。

技术领域

本发明涉及心脏磁共振扩散张量成像信号处理技术领域，尤其涉及一种基于结构先验信息的人体心脏左心室扩散张量估计方法。

背景技术

磁共振扩散成像是目前唯一能够测量活体组织内水分子扩散信息的无创方法，在组织内部水分子的扩散运动受到组织微观结构的限制，因此可以通过测量水分子的扩散信息进而重建组织的微观结构。该方法具有非侵入和不需造影剂等优点，在理论研究和临床实践中均引起了极大关注。最初，磁共振扩散成像主要是用于脑白质纤维结构的成像。近年来，随着相关技术的发展，磁共振扩散成像已用于除脑之外的多种器官的成像，如心脏、肝脏、舌头等。

扩散张量模型是磁共振扩散成像领域的经典模型，它是用于对体素内各个方向水分子的扩散信息进行建模，从而描述体素内组织的微观结构特征。虽然目前已有多种更为复杂的扩散模型，如多张量模型、高阶张量模型、扩散方向分布函数模型等，但在心脏扩散张量成像领域，仍主要采用经典的张量模型进行相关分析。

扩散张量估计的准确性直接影响后续的基于扩散张量提取的微观结构信息的准确性，进而影响对相关组织或器官病变的诊断的可靠性。目前，常用的扩散张量估计方法主要包括：线性最小二乘法、加权线性最小二乘法、非线性最小二乘法等，这些方法计算简单、速度快，但均对噪声非常敏感，而采用磁共振扩散成像方法得到心脏扩散加权图像通常噪声较强，采用这些方法难以得到准确的扩散张量估计结果。

发明内容

本发明提供了一种基于结构先验信息的人体心脏左心室扩散张量估计方法，解决了现有扩散张量估计方法用于左心室扩散张量估计结果准确性差且受噪声影响严重的问题。

为了达到上述目的，本发明包括以下技术方案：一种基于结构先验信息的人体心脏左心室扩散张量估计方法，包括以下步骤：

步骤1：估计初始扩散张量：采用线性最小二乘法估计得到每个体素的初始扩散张量D_LLS，并采用特征值分解法得到每个体素的初始主扩散方向d_LLS；

步骤2：对于每层左心室短轴切片，计算每个体素的先验纤维走向V_f；

步骤3：构造基于邻域张量平滑限制和先验纤维走向限制的目标函数；

步骤4：求解带正定限制的目标函数最小化问题，获得扩散张量的估计值。

本发明所提供的基于结构先验信息的人体心脏左心室扩散张量估计方法，首先采用经典方法估计初始扩散张量，并根据初始扩散张量估计结果拟合得到先验纤维走向，然后构造基于邻域张量平滑限制和先验纤维走向限制的目标函数，最后求解带正定限制的目标函数最小化问题，从而得到扩散张量的估计结果。

进一步地，所述步骤2具体为：

1)根据每个体素的初始主扩散方向，计算其对应的俯仰角(Elevation Angle)，选取俯仰角的绝对值小于10度的点拟合一个椭圆Ω；

2)计算每个体素p到椭圆Ω的距离d_p，如果p在椭圆Ω外，则定义其到椭圆Ω的距离为负值，即-d_p；