CN102631196A - 磁共振弹性成像三维可视化方法及*** - Google Patents

Abstract

一种磁共振弹性成像三维可视化方法，包括以下步骤：对成像物体进行激励，在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据；改变所述激励的初始相位，对成像物体进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据；根据所述初始相位图像数据和所述相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。上述磁共振弹性成像三维可视化方法中，通过改变激励的初始相位，得到初始相位图像数据和相位改变图像数据，即随时间改变的三维图像数据，来构建磁共振弹性成像的三维可视化模型，实现磁共振弹性成像的三维可视化。此外，还提供了一种磁共振弹性成像三维可视化***。

Description

磁共振弹性成像三维可视化方法及***

【技术领域】

本发明涉及磁共振领域，特别是涉及一种磁共振弹性成像三维可视化方法及***。

【背景技术】

磁共振弹性成像(Magnetic Resonance Elastography，MRE)是Muthupillai等于1995年提出的一种动态的成像技术，其基本原理是基于磁共振成像技术检测体内组织在外部激励机械波作用下产生的质点位移，由此来推算被检测组织的(剪切)弹性系数分布图。弹性(或硬度)是人体组织物理性质中一种重要的机械力学参数，生物组织的弹性模量或硬度依赖于其分子组成以及相应的微观结构，与其生物学特性紧密相关。生物组织的弹性变化常与病理现象紧密相关，病变组织和正常组织往往存在弹性模量或硬度的差异，这种差异在临床疾病诊断和鉴别中有重要意义。传统的成像方法，如超声，CT，磁共振成像都不能提供组织生物力学方面的信息，而磁共振弹性成像作为一种新型的无创成像方法，能直观显示和量化人体内部组织弹性，并对组织的弹性成像，使“影像触诊”成为可能，在医学诊断上具有很好的发展潜力和应用前景。

在传统的磁共振弹性成像中，只能直接观察获取的二维波动图像，即采集到的磁共振弹性成像相位图，来分析剪切波在成像物体中的传播情况。目前，尚无磁共振弹性成像相应的三维可视化方法，无法对剪切波的三维空间中的传播情况产生直观的认识。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种三维可视化的磁共振弹性成像三维可视化方法。

一种磁共振弹性成像三维可视化方法，包括以下步骤：对成像物体进行激励，在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据；改变所述激励的初始相位，对成像物体进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据；根据所述初始相位图像数据和所述相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。

进一步地，还包括对成像物体进行分层的步骤；所述对成像物体进行激励，在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据的步骤具体为：对所述成像物体进行激励，分别对所述成像物体各层在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度，并进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据；所述改变所述激励的初始相位，对成像物体进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据的步骤具体为：改变所述激励的初始相位，并分别对所述成像物体各层进行扫描，得到所述成像物体各层在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。

进一步地，所述三个相互垂直的方向为成像物体的横轴位、冠状位及矢状位方向。

进一步地，所述改变所述激励的初始相位，对成像物体进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据的步骤具体为：多次改变所述激励的初始相位，相邻两个改变后的初始相位的相位差间隔相等；分别对成像物体进行扫描，得到多个等初始相位间距的成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。

进一步地，初始相位分别改变为90度、180度、270度。

此外，还有必要提供一种三维可视化的磁共振弹性成像三维可视化***。

一种磁共振弹性成像三维可视化***，包括激励装置及图像生成装置；所述激励装置用于对成像物体进行激励，还用于改变所述激励的初始相位；所述图像生成装置与所述激励装置相连接，所述图像生成装置包括采样模块及三维化模块；采样模块用于对所述成像物体在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据和相位改变图像数据；三维化模块与所述采样模块连接，用于根据所述初始相位图像数据和相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。

进一步地，所述图像生成装置还包括处理模块，所述处理模块与所述采样模块相连接，用于对成像物体进行分层；所述采样模块具体用于分别对所述成像物体各层在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据和相位改变图像数据。

进一步地，所述三个相互垂直的方向为成像物体的横轴位、冠状位及矢状位方向。

进一步地，所述激励装置还用于改变所述激励的初始相位具体为：所述激励装置多次改变所述激励的初始相位，相邻两个改变后的初始相位的相位差间隔相等。

进一步地，初始相位分别改变为90度、180度、270度。

上述磁共振弹性成像三维可视化方法和***中，通过在改变激励的初始相位，得到初始相位图像数据和相位改变图像数据，即随时间改变的三维图像数据，来构建磁共振弹性成像的三维可视化模型，实现磁共振弹性成像的三维可视化。

【附图说明】

图1为磁共振弹性成像三维可视化方法的流程图；

图2为图1所示磁共振弹性成像三维可视化方法的具体流程图；

图3为一实施例的磁共振弹性成像三维可视化方法的具体流程图；

图4为磁共振弹性成像三维可视化***的模块图；

图5为一实施例的磁共振弹性成像三维可视化***的详细模块图。

【具体实施方式】

为了解决无法对剪切波的三维空间中的传播情况进行有效的直观认识的问题，提出了一种三维可视化的磁共振弹性成像三维可视化方法。

根据磁共振影像学知识，成像空间里的最小单元为像素点，并且成像空间依据成像物体通常分为矢状位方向、横断位方向和冠状位方向三个方向。矢状位方向、横断位方向和冠状位方向之间两两相互垂直。

如图1所示的磁共振弹性成像三维可视化方法，包括以下步骤：

步骤S10，对成像物体进行激励，在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据。

在成像物体表面施加剪切波对其进行激励，激励使得成像物体上的质点出现位移。选择三个相互垂直的方向施加敏感梯度，对成像物体进行扫描，即可采集到相应方向波动图像数据，扫描完成后即得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据。

步骤S20，改变激励的初始相位，对成像物体进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。如图2所示，步骤S20包括：

步骤S210，多次改变激励的初始相位，相邻两个改变后的初始相位的相位差间隔相等。具体在本实施例中，开始时初始相位为0度，之后初始相位分别改变为90度、180度和270度。

步骤S230，分别对成像物体进行扫描，得到多个等初始相位间距的成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。具体在本实施例中，随着初始相位的改变，最终获得随时间变化的相位图像数据。需要注意的是，初始相位也可以改变成其它的度数，初始相位的改变次数不限于本实施例里提到的三次，若采集次数为8次，则初始相位可以分别改变为45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度。相邻两个改变后的初始相位的相位差，即相邻初始相位之间度数间隔也可以不相等，实施例里初始相位分别改变为90度、180度和270度是为了更好的反映出相位图像随时间的变化。

步骤S30，根据初始相位图像数据和相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。

根据上述步骤采集到的初始相位图像数据和相位改变图像数据来构建三维可视化模型，获取的相位图像为波动位移的线性变换，即

$\mathrm{\φ}(\stackrel{\→}{r},\mathrm{\α})=\frac{2\mathrm{\γNTG}}{\mathrm{\π}}\mathrm{\ξ}(\stackrel{\→}{r},\mathrm{\α}),$

其中，

为位置向量；x、y、z分别为三个相互垂直方向上的向量。

γ为磁旋比。

N为施加的运动敏感梯度的周期数。

T为机械激励的周期。

G为敏感梯度的大小。

为波动位移。

对该公式进行变换，可得到该方向的位移矢量：

${\mathrm{\ξ}}_i(\stackrel{\→}{r},\mathrm{\α})=\frac{\mathrm{\π}}{2\mathrm{\γNTG}}\mathrm{\φ}(\stackrel{\→}{r},\mathrm{\α})$ i＝x，y，z，

i＝x，y，z分别为三个相互垂直方向上波动的位移。

组合三个方向的波动位移矢量形成位移向量。利用该位移矢量构建三维显示模型，设初始状态的每个像素点的坐标为P(x，y，z)，则加入波动后，建立三维可视化模型：

$P(x^{\′},y^{\′},z^{\′})=P(x,y,z)+({\mathrm{\ξ}}_x(\stackrel{\→}{r},\mathrm{\α}),{\mathrm{\ξ}}_y(\stackrel{\→}{r},\mathrm{\α}),{\mathrm{\ξ}}_z(\stackrel{\→}{r},\mathrm{\α}))$

P(x′，y′，z′)为加入波动后每个像素点的坐标。

最后根据三维可视化模型建立图像。

上述磁共振弹性成像三维可视化方法中，通过改变激励的初始相位，得到初始相位图像数据和相位改变图像数据，即随时间改变的三维图像数据，来构建磁共振弹性成像的三维可视化模型，实现磁共振弹性成像的三维可视化。该三维可视化模型中，以时间为轴，即激励的相位变化演示，可以观察波动随时间的传播过程，以空间为轴，即激励的传播方向演示，可以观察波动随空间的传播过程。

需要指出的是，为了更好的满足磁共振影像学和医学的需要，上述三个相互垂直的方向优选为成像物体的横轴位、冠状位及矢状位方向。但上述三个相互垂直的方向不限于成像物体的横轴位、冠状位及矢状位方向，只需要三个方向在成像空间中两两相互垂直即可，三个相互垂直的方向便能满足三维可视化的需要。

由于相邻像素点间具有一定的位移差，原始的位移值较小，很难观测到，因此需对位移值进行一定尺度的拉伸，会产生“波动”效果。用不同的颜色表示位移向量模值的大小，使得波动效果更为生动。

如图3所示，一实施例的磁共振弹性成像三维可视化方法包括：

步骤S100，对成像物体进行分层。

步骤S200，对成像物体进行激励，分别对成像物体各层在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度，并进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据。

按照设定的厚度，在一方向上对成像物体进行分层处理，将其分为多层。对成像物体进行激励，分别在各层上施加三个相互垂直的方向的敏感梯度，并进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据。

步骤S300，改变激励的初始相位，并分别对成像物体各层进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。

改变初始相位之后，对成像物体各层分别进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。

步骤S400，根据初始相位图像数据和相位改变图像数据构建三维可视化模型。

结合之前所得到的成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据，最终获得一个x*y*N*3*N_a的五维图像数据，其中，N为成像物体所分的层数，N_a为相位改变次数。最后根据所得的初始相位图像数据和相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。

在本实施例中，通过将成像物体进行分层并进行激励和扫描，可以对剪切波在物体内部的传播情况更直观的认识。

请参阅图4所示，还提供了一种三维可视化的磁共振弹性成像三维可视化***，该磁共振弹性成像三维可视化***包括激励装置100和图像生成装置300，图像生成装置300与激励装置100相连接。

激励装置100用于对成像物体进行激励，还用于改变激励的初始相位。在成像物体表面施加剪切波对其进行激励，激励使得成像物体上的质点出现位移。激励装置100还可以对激励的相位进行调节，改变激励的初始相位。

图像生成装置300包括采样模块320和三维化模块340，采样模块320和三维化模块340相连接。

采样模块320用于对成像物体在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据和相位改变图像数据。

采样模块320对成像物体在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，即可采集到相应方向波动图像数据，扫描完成后即得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据。具体在本实施例中，开始时初始相位为0度，之后激励装置100将初始相位分别改变为90度、180度和270度，并由采样模块320进行扫描，得到多个等初始相位间距的成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。随着初始相位的改变，最终采样模块320扫描获得随时间变化的相位图像数据。

需要注意的是，初始相位也可以改变成其它的度数，初始相位的改变次数不限于实施例里提到的三次，相邻两个改变后的初始相位的相位差间隔也可以不相等，实施例里初始相位分别改变为90度、180度和270度是为了更好的反映出相位图像随时间的变化。

三维化模块340用于根据初始相位图像数据和相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。对初始相位图像数据和相位改变图像数据进行处理，构建三维可视化模型，并根据三维可视化模型建立图像。

上述磁共振弹性成像三维可视化***中，通过改变激励的初始相位，得到初始相位图像数据和相位改变图像数据，即随时间改变的三维图像数据，来构建磁共振弹性成像的三维可视化模型，实现磁共振弹性成像的三维可视化。该三维可视化模型中，以时间为轴，即激励的相位变化演示，可以观察波动随时间的传播过程。以空间为轴，即激励的传播方向演示，可以观察波动随空间的传播过程。

由于磁共振弹性成像基于磁共振相位对比技术的特性，即在扫描脉冲序列中加入运动敏感梯度来检测质子运动的信息，运动敏感梯度的周期须与外部振动的周期一致。图像生成装置与激励装置相连接，使得激励装置产生的剪切波与图像生成装置中的磁共振成像序列中的运动敏感梯度同步。

需要指出的是，为了更好的满足磁共振影像学和医学的需要，上述三个相互垂直的方向优选为成像物体的横轴位、冠状位及矢状位方向。但三个相互垂直的方向不限于成像物体的横轴位、冠状位及矢状位方向，只需要三个方向在成像空间中两两相互垂直即可，三个相互垂直的方向便能满足三维可视化的需要。

一实施例中，请参阅图5，上述磁共振弹性成像三维可视化***，图像生成装置300还包括处理模块310，处理模块310与采样模块320相连接。

处理模块310用于对成像物体进行分层。按照设定的厚度，在一设定方向上对成像物体进行分层处理，将其分为多层。

采样模块340具体用于分别对成像物体各层在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据和相位改变图像数据。

改变初始相位之后，对成像物体各层分别进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。分别在各层上施加三个相互垂直的方向的敏感梯度，并进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据。最终获得一个x*y*N*3*N_a的五维图像数据，其中，N为成像物体所分的层数，N_a为相位改变次数。最后根据所得的初始相位图像数据和相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。

在本实施例中，通过将成像物体进行分层并进行激励和扫描，可以对剪切波在物体内部的传播情况更直观的显示。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种磁共振弹性成像三维可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

对成像物体进行激励，在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据；

改变所述激励的初始相位，对成像物体进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据；

根据所述初始相位图像数据和所述相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。

2.根据权利要求1所述的磁共振弹性成像三维可视化方法，其特征在于，还包括对成像物体进行分层的步骤；

所述对成像物体进行激励，在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据的步骤具体为：

对所述成像物体进行激励，分别对所述成像物体各层在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度，并进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据；

所述改变所述激励的初始相位，对成像物体进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据的步骤具体为：

改变所述激励的初始相位，并分别对所述成像物体各层进行扫描，得到所述成像物体各层在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。

3.根据权利要求1所述的磁共振弹性成像三维可视化方法，其特征在于，所述三个相互垂直的方向为成像物体的横轴位、冠状位及矢状位方向。

4.根据权利要求1所述的磁共振弹性成像三维可视化方法，其特征在于，所述改变所述激励的初始相位，对成像物体进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据的步骤具体为：

多次改变所述激励的初始相位，相邻两个改变后的初始相位的相位差间隔相等；

分别对成像物体进行扫描，得到多个等初始相位间距的成像物体在三个相互垂直的方向上的相位改变图像数据。

5.根据权利要求4所述的磁共振弹性成像三维可视化方法，其特征在于，初始相位分别改变为90度、180度、270度。

6.一种磁共振弹性成像三维可视化***，其特征在于，包括：

激励装置，用于对成像物体进行激励，还用于改变所述激励的初始相位；及

图像生成装置，与所述激励装置相连接，所述图像生成装置包括：

采样模块，用于对所述成像物体在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据和相位改变图像数据；及

三维化模块，与所述采样模块连接，用于根据所述初始相位图像数据和相位改变图像数据构建三维可视化模型并建立图像。

7.根据权利要求6所述的磁共振弹性成像三维可视化***，其特征在于，所述图像生成装置还包括：

处理模块，与所述采样模块相连接，用于对所述成像物体进行分层；

所述采样模块具体用于分别对所述成像物体各层在三个相互垂直的方向上施加敏感梯度施加敏感梯度并进行扫描，得到成像物体各层在三个相互垂直的方向上的初始相位图像数据和相位改变图像数据。

8.根据权利要求6所述的磁共振弹性成像三维可视化***，其特征在于，所述三个相互垂直的方向为成像物体的横轴位、冠状位及矢状位方向。

9.根据权利要求6所述的磁共振弹性成像三维可视化***，其特征在于，所述激励装置还用于改变所述激励的初始相位具体为：

所述激励装置多次改变所述激励的初始相位，相邻两个改变后的初始相位的相位差间隔相等。

10.根据权利要求9所述的磁共振弹性成像三维可视化***，其特征在于，初始相位分别改变为90度、180度、270度。

Images