專利名稱：磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法和系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁共振成像技術，特別是涉及一種磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法和系統。
背景技術：
彈性是人體組織物理性質中一種重要的機械力學參數,生物組織的彈性變化通常是與一定的病理現象緊密相關的，也就是說，病變組織和正常組織往往存在著彈性模量的差異，這一差異為臨床上疾病的診斷提供了重要的參考信息。磁共振彈性成像(MagneticResonance Elastography,簡稱MREMtS—種無創(chuàng)成像方法，能夠直觀地顯示和量化人體內部組織彈性，實現對人體內部組織的彈性成像，使得“影像觸診”成為了可能，在乳腺癌檢測、肝硬化分期、動脈粥樣硬化斑塊、肌肉損傷、大腦疾病檢測和射頻消融等治療和監(jiān)控方面具有重要意義。磁共振彈性成像中彈性模量重建的方法是一個由質點位移圖反推彈性分布的逆問題求解，因此，其本質上是不穩(wěn)定的。為了避免該問題的病態(tài)性，彈性彈性模塊重建方法將根據應用范圍進行假設和簡化。目前提出的彈性模量重建方法包括(I)局部頻率估計(Local Frequency Estimation,簡稱LFE)算法及其變種,該算法將假設介質是均勻的和不可壓縮的，并忽略波動中的衰減，機械波在介質中的傳播方程因而簡化為亥姆霍茲方程，以該方程為模型進行直接逆問題代數求解，但是局部頻率估計算法存在著分辨率低、精度有限的缺陷，對尖銳的邊界無法估計出精確的彈性系數，其假設也不適用于某些臨床中；(2)基于有限元分析的彈性模量重建算法，計算出一幅質點位移圖，通過最小化該質點位移圖和磁共振質點位移圖得到彈性系數分布圖，與局部頻率估計算法及其變種相比較，該方法對介質等沒有做特定假設，對噪聲的干擾不敏感，可產生較高分辨率的圖像，但計算量非常龐大。

發(fā)明內容
基于此，提供一種能降低計算量的磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法。此外，還有必要提供一種能降低計算量的磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統。一種磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法，包括如下步驟將成像組織的表面假設為平面域，通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值，以及所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數；通過所述有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值，直至所述彈性模量值對應的最優(yōu)化問題平方差小于預設的容忍誤差，且達到預設的迭代次數時停止牛頓迭代；將所述最終迭代得到的彈性模量值組成所述成像組織的彈性模量分布。在其中一個實施例中，所述通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值的步驟為根據設定的彈性模量初值通過有限體積元算法計算得到平面域中的位移初值。在其中一個實施例中，所述通過有限體積元算法求解得到所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數的步驟包括將所述平面域劃分為若干個子區(qū)域，并劃分所述子區(qū)域為若干個單元，所述子區(qū)域之間和單元之間不存在重疊且任一單元的頂點均不在其它單元的邊上，平面域邊界的頂點為單元的頂點；在所述子區(qū)域中，以構成單元的頂點作為所述子區(qū)域的節(jié)點，并構建所述節(jié)點對應的有限體積元方程，并以所述位移初值作為有限體積元方程中的初值進行求解得到所述子區(qū)域對應的位移；通過所述求解得到的位移對包含了所述位移對未知彈性模量的導數的方程進行求解得到所述位移對未知彈性模量的導數，所述位移對未知彈性模量的導數是與位移所在的子區(qū)域相對應的。在其中一個實施例中，所述通過所述有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值的步驟包括通過每一子區(qū)域所對應的位移和導數進行運算得到所述子區(qū)域對應的彈性模量改進值；根據所述彈性模量改進值以設定的彈性模量初值為起始進行牛頓迭代得到與當前迭代次數對應的彈性模量值。在其中一個實施例中，所述根據所述彈性模量改進值以設定的彈性模量初值為起始進行牛頓迭代得到與當前迭代次數對應的彈性模量值的步驟之后還包括 獲取通過對所述成像組織進行磁共振成像所得到的位移圖；根據當前迭代得到的彈性模量值和所述位移圖得到最優(yōu)化問題平方差；判斷所述最優(yōu)化問題平方差是否小于預設的容忍誤差，若是，則進一步判斷所述平面域中的每一單元是否均包含于至少一個子區(qū)域中，若是，則判斷所述單元中的最小單元對應的迭代次數是否達至預設的迭代次數，若是，則停止進行牛頓迭代。在其中一個實施例中，還包括若判斷到所述單元中的最小單元對應的迭代次數未達到預設的迭代次數，則返回所述通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值，以及所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數的步驟。一種磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統，包括有限體積元運算模塊，用于將成像組織的表面假設為平面域，通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值，以及所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數；迭代模塊，用于通過所述有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值，直至所述彈性模量值對應的最優(yōu)化問題平方差小于預設的容忍誤差，且達到預設的迭代次數時停止牛頓迭代；分布形成模塊，用于將所述最終迭代得到的彈性模量值組成所述成像組織的彈性模量分布。在其中一個實施例中，所述有限體積元運算模塊還用于根據設定的彈性模量初值通過有限體積元算法計算得到平面域中的位移初值。在其中一個實施例中，所述有限體積元運算模塊包括劃分單元，用于將所述平面域劃分為若干個子區(qū)域，并劃分所述子區(qū)域為若干個單元，所述子區(qū)域之間和單元之間不存在重疊且任一單元的頂點均不在其它單元的邊上，平面域邊界的頂點為單元的頂點；子區(qū)域位移求解單元，用于在所述子區(qū)域中，以構成單元的頂點作為所述子區(qū)域的節(jié)點，并構建所述節(jié)點對應的有限體積元方程，并以所述位移初值作為有限體積元方程中的初值進行求解得到所述子區(qū)域對應的位移；子區(qū)域導數求解單元，用于通過所述求解得到的位移對包含了所述位移對未知彈性模量的導數的方程進行求解得到所述位移對未知彈性模量的導數，所述位移對未知彈性模量的導數是與位移所在的子區(qū)域相對應的。在其中一個實施例中，所述迭代模塊包括改進值運算單元，用于通過每一子區(qū)域所對應的位移和導數進行運算得到所述子區(qū)域對應的彈性模量改進值；彈性模量迭代單元，用于根據所述彈性模量改進值以設定的彈性模量初值為起始進行牛頓迭代得到與當前迭代次數對應的彈性模量值。 在其中一個實施例中，所述迭代模塊還包括位移圖處理單元，用于獲取通過對所述成像組織進行磁共振成像所得到的位移圖，并根據當前迭代得到的彈性模量值和所述位移圖得到最優(yōu)化問題平方差；判斷單元，用于判斷所述最優(yōu)化問題平方差是否小于預設的容忍誤差，若是，則進一步判斷所述平面域中的每一單元是否均包含于至少一個子區(qū)域中，若是，則判斷所述單元中的最小單元對應的迭代次數是否達到預設的迭代次數，若是，則停止進行牛頓迭代。在其中一個實施例中，所述判斷單元還用于若判斷到所述單元中的最小單元對應的迭代次數未達到預設的迭代次數，則通知所述有限體積元運算模塊。上述磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法和系統，將成像組織的表面假設為平面域，引入有限體積元算法以求解得到位移和該位移對未知彈性模量的導數，進而通過求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值，并在彈性模量值對應的最優(yōu)化問題平方差小于預設的容忍誤差，且達到預設的迭代次數時停止牛頓迭代，進而將最終迭代得到的彈性模量值組成成像組的彈性模量分布，通過引入有限體積元算法，使得彈性模量的重建在保證了計算精度的前提下降低了計算量，提高了計算速度。


圖1為一個實施例中磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法的流程圖；圖2為圖1中通過有限體積元算法求解得到平面域中子區(qū)域的位移、位移對未知彈性模量的導數的方法流程圖；圖3為一個實施例中子區(qū)域的原始剖分的示意圖；圖4為一個實施例中對子區(qū)域的某一節(jié)點的外心對偶剖分單元的示意圖5為一個實施例中通過有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值的方法流程圖；圖6為另一個實施例中通過有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值的方法流程圖；圖7為一個實施例中平面域的示意圖；圖8為一個實施例中磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統的結構示意圖；圖9為圖8中有限體積兀運行|旲塊的結構不意圖；圖10為一個實施例中迭代模塊的結構示意圖；圖11為另一個實施例中迭代模塊的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法，包括如下步驟步驟S10，將成像組織的表面假設為平面域，通過有限體積元算法求解得到平面域中的位移初值，以及平面域中子區(qū)域的位移、位移對未知彈性模量的導數。本實施例中，在一定條件下，可將一個在外力作用下處于平衡狀態(tài)的彈性體視為平面彈性問題，而在磁共振彈性成像中，成像組織被施加的外力是非常小的，可將該成像組織視為處于平衡狀態(tài)的，因此，可將磁共振彈性成像中應力和應變之間的關系視為平面彈性問題。將成像組織的表面視為平面域Ω，獲取通過平面域對應的平衡方程所構建得到的二階橢圓微分方程組，并在構建的二階橢圓微分方程組中對未知彈性模量求導得到包含了位移對未知彈性模量的導數的方程。進一步的，對于平面域Ω，其邊界為F = 描述成像組織平衡的狀態(tài)變量包括三組，即，應力張量O = (O n，O 22，O 12)τ、應變張量ε = ( ε η, ε 22, ε 12)τ和位移向量u =
(U1，U2)T。假設Ω是均勻各向同性的彈性體，令V =)
權利要求
1.一種磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法，包括如下步驟將成像組織的表面假設為平面域，通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值，以及所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數；通過所述有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值，直至所述彈性模量值對應的最優(yōu)化問題平方差小于預設的容忍誤差，且達到預設的迭代次數時停止牛頓迭代；將所述最終迭代得到的彈性模量值組成所述成像組織的彈性模量分布。
2.根據權利要求1所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法，其特征在于，所述通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值的步驟為根據設定的彈性模量初值通過有限體積元算法計算得到平面域中的位移初值。
3.根據權利要求1所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法，其特征在于，所述通過有限體積元算法求解得到所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數的步驟包括將所述平面域劃分為若干個子區(qū)域，并劃分所述子區(qū)域為若干個單元，所述子區(qū)域之間和單元之間不存在重疊且任一單元的頂點均不在其它單元的邊上，平面域邊界的頂點為單元的頂點；在所述子區(qū)域中，以構成單元的頂點作為所述子區(qū)域的節(jié)點，并構建所述節(jié)點對應的有限體積元方程，并以所述位移初值作為有限體積元方程中的初值進行求解得到所述子區(qū)域對應的位移；通過所述求解得到的位移對包含了所述位移對未知彈性模量的導數的方程進行求解得到所述位移對未知彈性模量的導數，所述位移對未知彈性模量的導數是與位移所在的子區(qū)域相對應的。
4.根據權利要求3所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法，其特征在于，所述通過所述有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值的步驟包括通過每一子區(qū)域所對應的位移和導數進行運算得到所述子區(qū)域對應的彈性模量改進值；根據所述彈性模量改進值以設定的彈性模量初值為起始進行牛頓迭代得到與當前迭代次數對應的彈性模量值。
5.根據權利要求4所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法，其特征在于，所述根據所述彈性模量改進值以設定的彈性模量初值為起始進行牛頓迭代得到與當前迭代次數對應的彈性模量值的步驟之后還包括獲取通過對所述成像組織進行磁共振成像所得到的位移圖；根據當前迭代得到的彈性模量值和所述位移圖得到最優(yōu)化問題平方差；判斷所述最優(yōu)化問題平方差是否小于預設的容忍誤差，若是，則進一步判斷所述平面域中的每一單元是否均包含于至少一個子區(qū)域中，若是，則判斷所述單元中的最小單元對應的迭代次數是否達至預設的迭代次數，若是，則停止進行牛頓迭代。
6.根據權利要求5所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法，其特征在于，還包括若判斷到所述單元中的最小單元對應的迭代次數未達到預設的迭代次數，則返回所述通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值，以及所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數的步驟。
7.—種磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統，其特征在于，包括有限體積元運算模塊，用于將成像組織的表面假設為平面域，通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值，以及所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數；迭代模塊，用于通過所述有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值，直至所述彈性模量值對應的最優(yōu)化問題平方差小于預設的容忍誤差，且達到預設的迭代次數時停止牛頓迭代；分布形成模塊，用于將所述最終迭代得到的彈性模量值組成所述成像組織的彈性模量分布。
8.根據權利要求7所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統，其特征在于，所述有限體積元運算模塊還用于根據設定的彈性模量初值通過有限體積元算法計算得到平面域中的位移初值。
9.根據權利要求7所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統，其特征在于，所述有限體積元運算模塊包括劃分單元，用于將所述平面域劃分為若干個子區(qū)域，并劃分所述子區(qū)域為若干個單元， 所述子區(qū)域之間和單元之間不存在重疊且任一單元的頂點均不在其它單元的邊上，平面域邊界的頂點為單元的頂點；子區(qū)域位移求解單元，用于在所述子區(qū)域中，以構成單元的頂點作為所述子區(qū)域的節(jié)點，并構建所述節(jié)點對應的有限體積元方程，并以所述位移初值作為有限體積元方程中的初值進行求解得到所述子區(qū)域對應的位移；子區(qū)域導數求解單元，用于通過所述求解得到的位移對包含了所述位移對未知彈性模量的導數的方程進行求解得到所述位移對未知彈性模量的導數，所述位移對未知彈性模量的導數是與位移所在的子區(qū)域相對應的。
10.根據權利要求9所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統，其特征在于，所述迭代模塊包括改進值運算單元，用于通過每一子區(qū)域所對應的位移和導數進行運算得到所述子區(qū)域對應的彈性模量改進值；彈性模量迭代單元，用于根據所述彈性模量改進值以設定的彈性模量初值為起始進行牛頓迭代得到與當前迭代次數對應的彈性模量值。
11.根據權利要求10所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統，其特征在于，所述迭代模塊還包括位移圖處理單元，用于獲取通過對所述成像組織進行磁共振成像所得到的位移圖，并根據當前迭代得到的彈性模量值和所述位移圖得到最優(yōu)化問題平方差；判斷單元，用于判斷所述最優(yōu)化問題平方差是否小于預設的容忍誤差，若是，則進一步判斷所述平面域中的每一單元是否均包含于至少一個子區(qū)域中，若是，則判斷所述單元中的最小單元對應的迭代次數是否達到預設的迭代次數，若是，則停止進行牛頓迭代。
12.根據權利要求11所述的磁共振彈性成像中的彈性模量重建系統，其特征在于，所述判斷單元還用于若判斷到所述單元中的最小單元對應的迭代次數未達到預設的迭代次數，則通知所述有限體積元運算模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁共振彈性成像中的彈性模量重建方法和系統。所述方法包括將成像組織的表面假設為平面域，通過有限體積元算法求解得到所述平面域中的位移初值，以及所述平面域中子區(qū)域的位移、所述位移對未知彈性模量的導數；通過所述有限體積元算法求解得到的位移和導數進行牛頓迭代得到彈性模量值，直至所述彈性模量值對應的最優(yōu)化問題平方差小于預設的容忍誤差，且達到預設的迭代次數時停止牛頓迭代；將所述最終迭代得到的彈性模量值組成所述成像組織的彈性模量分布。采用本發(fā)明能降低計算量。
文檔編號G06F19/00GK103049663SQ201210572449
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權日2012年12月25日
發(fā)明者丁玉瓊, 梁棟, 蔡葳蕤, 鐘耀祖, 張麗娟, 劉新, 鄭海榮 申請人:深圳先進技術研究院