弥散张量估计理论
Stejskal方程描绘了磁场梯度向量(magnetic-field-gradient vector)与回波图象强度(echo intensity)之间的函数关系。Stejskal方程:
磁场梯度向量:
磁场梯度的积分:
回波强度:
其中, γ \gamma γ为质子旋磁比,A(0)为无磁场梯度施加下的回波强度,H(t)为单位阶跃函数(Heaviside function),TE为回波时间,f=F(TE/2)。
随后,定义 D e f f D^{eff} Deff 效应扩散系数张量(effective diffusivity tensor):
转化为广义矩阵点积:
其中,
整理后可得:
因此,Stejskal方程将弥散张量估计问题转化为多元线性回归问题。在实际情况中,根据图像采集时所采用的序列,往往可以先验的得到 b i j b_{ij} bij的解析表达式。例如,在pulsed-gradient spin-echo diffusion spectroscopy实验中,可以得到以下解析表达式:
弥散张量估计实例
指定 n n n个非共线的磁场梯度方向,每个方向指定 m m m个不同大小的梯度大小,进行spin-echo数据采集。
定义 α \alpha α 向量:
根据上面[9]式,计算大小为 n m nm nmx7的 b b b矩阵。
根据上面[8]式,计算回波强度预测值:
根据回波强度预测值与回波强度真实值,定义多元回归损失函数,并进行求解:
参考文献
Basser, P.J.; Mattiello, J.; LeBihan, D. Estimation of the effective self-diffusion tensor from the NMR spin echo. J Magn Reson B., 1994, 103, 247–254.
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