基于Bloch方程非线性反演的定量磁共振成像
医学物理
2023-07-21 v2
摘要
目的：开发一种用于多参数定量MRI的通用基于模型的重建框架，可用于不同脉冲序列的数据。方法：用于定量MRI的通用非线性基于模型的重建通过数值优化直接从采集的k空间估计参数图。这需要数值精确且高效的方法来求解Bloch方程及其偏导数。本工作中，我们将直接灵敏度分析与预计算状态转移矩阵结合到一个通用的无校准基于模型的重建框架中，该框架可应用于不同脉冲序列。作为概念验证，该方法在仿真、体模及人脑中，针对单次反转恢复（IR）FLASH和IR bSSFP序列的定量和成像进行了实现与验证。结果：直接灵敏度分析实现了高度精确且数值稳定的导数计算。状态转移矩阵高效利用了脉冲序列中的重复模式，在本工作所考虑的示例中使计算速度提升10倍，同时保持了原生ODE求解器的精度。该通用基于模型的方法复现了先前基于径向IR FLASH已知解析解的基于模型重建的定量结果。对于IR bSSFP，它在数值仿真与实验中为NIST体模生成了准确的和图。在人脑中也显示了可行性，尽管结果受磁化转移效应影响。结论：通过开发以Bloch方程为前向模型的数值优化高效工具，本工作实现了定量MRI的通用基于模型重建。
引用
@article{arxiv.2209.08027,
title = {Quantitative Magnetic Resonance Imaging by Nonlinear Inversion of the Bloch Equations},
author = {Nick Scholand and Xiaoqing Wang and Volkert Roeloffs and Sebastian Rosenzweig and Martin Uecker},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.08027},
year = {2023}
}
备注
42 pages, 12 Figures, 4 Tables, Research Paper