[发明专利]一种基于扩展指数模型对磁共振信号降噪的方法和设备

说明书

本发明公开了一种基于扩展指数模型对磁共振信号降噪的方法，所述方法包括：采集非均匀场下待降噪的第一磁共振信号；根据所述第一磁共振信号的衰减特性，构建扩展指数模型；将所述扩展指数模型作为目标函数，对所述第一磁共振信号进行拟合，得到所述第一磁共振信号的衰减初始值和参数值；基于所述衰减初始值和所述参数值对所述扩展指数模型进行重建，得到降噪后的第二磁共振信号。本发明可以实现有效降噪，从而在不增加额外扫描时间的前提下，极大提高了测量的磁共振信号的信噪比，同时具有降低储存需求数据、处理耗时低、拟合结果稳定和可重复性高等优点。

技术领域

本发明属于磁共振技术领域，具体涉及一种基于扩展指数模型对磁共振信号降噪的方法和设备。

背景技术

在单边磁体非均匀核磁共振系统中，对采集到物质的磁共振信号的衰减大体分为两种，包括横向弛豫时间T2和扩散衰减(Diffusion)。在核磁共振现象中，弛豫是指原子核发生共振且处在高能状态时，在射频脉冲停止后迅速恢复到原来低能状态的现象，这一恢复的过程即为弛豫过程，该过程反映了质子系统中质子之间和质子周围环境之间的相互作用。在射频脉冲的作用下，所有质子的相位都相同，它们都沿着相同的方向排列，以相同的角速度绕外磁场运动。当射频脉冲停止后，同相位的质子彼此之间将逐渐出现相位差，即失相位，此时质子由同相位逐渐分散最终均匀分布，其宏观表现为横向磁化强度矢量M_xy。从物理学的观点看，横向弛豫过程是同种核相互交换能量的过程，故又称为自旋-自旋弛豫过程。由于质子自旋间的相互作用，其横向磁化强度M_xy随时间衰减。而在90°脉冲作用后，有如下关系：

其中，T₂表示横向弛豫时间(Transverse relaxation time)。

由于物质中的分子都存在一定程度的扩散运动，其方向是随机的，称为分子的热运动或布朗运动。如果水分子的扩散运动不受任何约束，则称为自由扩散。其中，表观扩散系数是用于描述水分子在组织中的扩散能力的一个物理量。磁共振信号被激发后，水分子在梯度磁场方向上的扩散运动将造成磁共振信号的衰减，如果水分子在梯度磁场方向上的扩散运动将造成磁共振信号的衰减，则水分子的扩散越自由，在梯度磁场施加期间扩散距离越大，经历的磁场变化也越大，组织信号衰减越明显。类似于T2衰减，扩散导致的衰减可由如下公式表示：

S(t)＝S₀e^-Dbt； (2)

其中，S(t)表示衰减信号，S₀表示磁共振信号的初始值，D表示扩散系数，用于控制信号衰减的速度，b值表示另一个与扩散快慢有关的系数，t表示衰减时间，G₀表示磁场梯度，G₀为固定值，γ表示旋磁比，且γ为固定值，t_E表示回波间距。

此外，考虑到非均匀场磁共振中空间各个位置的梯度场大小不一致，并同时考虑T2的衰减，则某种物质扩散导致的衰减可由下式描述：

其中，x代表不同的空间位置。

而对于含有多种成分的物质，其信号衰减趋势则为多种物质复合的衰减，具体可以通过如下公式表示：

其中，D₁、D₂...D_n分别表示n种物质不同的扩散系数，T_2，1、T_2，2...T_2，n分别表示n种物质不同的T2驰豫时间，S_0，1、S_0，2...S_0，n分别表示n个独立e指数衰减信号的初始值，b(x)表示位置在x处的b值，m表示噪声。