[0001] 本发明属于磁共振成像技术领域，具体涉及一种磁共振Z谱脂肪定量成像方法、系统、设备及存储介质。

[0002] 脂肪组织与人体代谢性疾病如肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病、心血管疾病等密切相关，近年来越来越受到人们的广泛关注。脂肪组织主要分为白色脂肪组织与棕色脂肪组织，它们各自的含量因年龄、性别、环境和营养条件而不同。白色脂肪组织脂质大且单一，可用于储存能量，还可以分泌参与脂肪及体重调控的瘦素，主要分布于皮下组织以及内脏周围。白色脂肪组织在人类的生长发育过程中发挥着重要作用，它的质量可以增加一倍以上，然后又回到基线水平。白色脂肪组织有效地储存足够的能量，使我们从不断地寻找食物中解脱出来。而棕色脂肪组织脂质小且多，可以通过消耗葡萄糖和甘油三酯来参与能量消耗和产热，由交感神经紧密支配、其中血管密集、富含含铁线粒体，主要分布于颈后部、肩胛间、腋窝、主动脉周以及肋间。棕色脂肪组织的长期激活已被证明对胃肠道、心血管和肌肉骨骼系统等多种组织的健康有广泛的益处。

[0003] 在磁共振脂肪定量成像技术中，磁共振波谱成像技术(1H‑MRS)作为脂肪定量的标1
准成像方法，其较高的频谱分辨力能提供更为精确的水脂定量结果。但由于 H‑MRS是基于单体素采集，有着较低的空间分辨率，较长的信号采集时间，以及复杂繁琐的成像和后处理流程，限制了该技术在脂肪定量相关临床研究中的广泛使用。此外，Dixon水脂分离技术作为目前临床上常用的脂肪定量成像技术，具有较高的空间分辨率和较短的采集时间等优点，能够高效便捷地量化出脂肪含量的空间分布。然而，Dixon水脂分离技术对场不均匀性较敏感，所引起的相位缠绕往往会产生水脂互换伪影，并且对短T2*值的脂肪组织区域进行脂肪定量会存在一定的挑战。

[0004] 综上所述，为了更准确地量化出人体脂肪含量及分布，帮助我们更好地监测人体脂代谢水平，本申请描述了一种磁共振Z谱脂肪定量成像方法。通过此方法，可以为临床中的脂肪定量成像提供额外的检测手段。

[0047] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0048] 在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0049] 如图1所示，本实施例磁共振Z谱脂肪定量成像方法，包括下述步骤：

[0050] S1、图像采集，即采集空间位置相匹配的人体肩颈部T2加权压水图像，并采集与T2加权压水图像空间位置相匹配的人体肩颈部区域Z谱图像。

[0051] 进一步的，使用液体衰减反转恢复磁共振序列采集人体肩颈部区域的影像数据，以获得T2加权压水图像，为后续脂肪与非脂肪区域的Z谱主磁场不均匀性矫正提供参考依据，如图2所示。在一个具体的实施例中，T2加权压水图像的采集参数如下：回波时间(TE)＝2
80ms，重复时间(TR)＝5000ms，反转恢复时间(IR)＝1000ms，扫描野(FOV)＝50×50cm，平
2
面内分辨率＝2×2mm，层厚＝5mm。

[0052] 进一步的，采集与T2加权压水图像空间位置相匹配的人体肩颈部区域Z谱图像，如图3所示。在一个具体的实施例中，Z谱图像的采集参数如下：在快速自旋回波序列前施加一个预饱和激发脉冲(脉冲持续时间约为0.5s～1.0s，饱和脉冲强度约为0.5～1.0μT)，然后采集多张不同频率偏移处的饱和图像Mz(±10ppm，±7.5ppm，±5ppm，±4ppm，±3.5ppm，±3.0ppm，±2.0ppm，±1.0ppm，±0.5ppm，0ppm)和一张非饱和图像M0(+300ppm)，将每张在不同频率偏移处所采集到的饱和图像Mz对非饱和图像M0进行归一化处理(Z＝1‑Mz/M0)，计算得到所需要的Z谱。

[0053] 可以理解的是，所施加的预饱和激发脉冲为单个持续的矩形脉冲，但不局限于矩形脉冲。所施加的预饱和脉冲时长尽量地短，约50ms到500ms之间，以避免产生额外的化学交换饱和转移现象影响到脂肪量化的准确性。考虑到在磁共振波谱成像中观察到水和脂肪的化学频率偏移分别在4.7ppm和1.3ppm，两物质频率偏移间隔约3.4ppm。因此，在所述Z谱成像方法中，为更好地准确量化出脂肪含量，需要采集相对水质子共振频率偏置至少大于‑5.0ppm到+5.0ppm范围的多张饱和图像Mz数据。

[0054] S2、脂肪分割，即对T2加权压水图像进行直方图归一化和二值化阈值分割处理，分割出脂肪组织与非脂肪组织，得到脂肪分布图。

[0055] 进一步的，如图4所示，步骤S2具体为：

[0056] 对T2加权压水图像进行灰度值均衡化处理，矫正整个图像的灰度值，得到灰度分布均匀的图像，改善图像的对比度。接着，对灰度分布均匀的T2加权压水图像进行直方图二值化阈值分割处理，寻找最佳分割阈值以对图像进行二值化处理分割出脂肪与其他组织，得到脂肪分布图。

[0057] 更进一步的，所述二值化阈值分割处理为最大类间方差法。具体方法如下：假设T为脂肪与非脂肪组织的分割阈值，脂肪区域占图像比例为I1，平均灰度为H1；非脂肪区域占图像比例为I2，平均灰度为H2。则图像的总平均灰度为I1×H1+I2×H2，脂肪区域与非脂肪区2
域的方差为I1×I2×(H1‑H2)。对上述方差公式进行迭代求解，求解出最大的方差值，即可认为此时脂肪与非脂肪区域差别最大，从而得到脂肪分割的阈值T。根据阈值T对T2加权压水图像进行二值化处理，脂肪区域赋值1，非脂肪区域赋值0，得到脂肪分布图。

[0058] S3、主磁场不均匀性矫正，即根据不同组织在Z谱图像中展现出的不同Z谱谱线分布，对分割出来的脂肪组织与非脂肪组织区域分别进行Z谱主磁场不均匀性矫正。

[0059] 如图5所示，步骤S5具体为：将脂肪分布图和Z谱图像叠到一起，以像素点为单位遍历整个扫描野，根据脂肪分布图结果判断该体素是否属于脂肪组织区域；对非脂肪组织区域与脂肪组织区域分别进行不同的主磁场矫正处理。

[0060] 其中，对于非脂肪组织区域，识别所绘制出的Z谱(Z＝1‑Mz/M0)波峰，寻找出唯一最高点，该点所对应的相对水质子频率偏移量a即为所需矫正的主磁场不均匀偏移量。通过对整个Z谱进行‑a偏移量的矫正，即可完成主磁场的不均匀性矫正。

[0061] 而对于脂肪组织区域，识别所绘制出的Z谱(Z＝1‑Mz/M0)波峰，寻找出最高峰与次高峰。根据最高峰与次高峰的频率偏移相对位置，如脂肪相对于水的频率偏移为‑3.4ppm，则将频率偏移相对小的波峰识别为脂肪峰，频率偏移相对大的波峰识别为水峰。此时脂肪峰所处的相对水质子频率偏移量b即为所需矫正的主磁场不均匀偏移量。通过对整个Z谱进行‑b‑3.4偏移量的矫正，即可完成主磁场的不均匀性矫正。

[0062] S4、图像重建，如图6所示，以像素点为单位遍历整个扫描野，对经过主磁场不均匀性矫正过后的Z谱进行多池洛伦兹线性拟合，拟合出相应的水峰W，脂肪峰F和磁化矢量，根据水与脂肪信号的相对占比可以计算出单位体素内的相对脂肪含量 以生成脂肪定量图，如图7所示。

[0063] 所述多池洛伦兹线性拟合模型为：

[0064]

[0065] 其中，i＝1为直接饱和水池，i＝2为亚甲基脂肪池，i＝3为非对称大分子质子池。Z(ω)为多个Li(ω)叠加后形成的整个Z谱；Li(ω)为有着峰值为A，中心频率偏移量为ω0，频率偏移量为ω，波峰半高宽为lω的信号峰。

[0066] 本实施例的磁共振Z谱脂肪定量成像方法，相较于传统的Dixon水脂分离技术，本实施例中的方法对场不均匀性不敏感，有着较强的场不均匀性矫正能力，在结构复杂贴近空气的组织区域有着良好的脂肪定量成像表现。

[0067] 需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

[0068] 基于与上述实施例中的磁共振Z谱脂肪定量成像方法相同的思想，本发明还提供了磁共振Z谱脂肪定量成像系统，该系统可用于执行上述磁共振Z谱脂肪定量成像方法。为了便于说明，磁共振Z谱脂肪定量成像系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

[0069] 请参阅图8，在本申请的另一个实施例中，提供了一种磁共振Z谱脂肪定量成像系统100，该系统包括图像采集模块101、脂肪分割模块102、主磁场不均匀性矫正模块103和图像重建模块104；

[0070] 所述图像采集模块104，采集空间位置相匹配的人体肩颈部T2加权压水图像，并采集与T2加权压水图像空间位置相匹配的人体肩颈部区域Z谱图像；

[0071] 所述脂肪分割模块102，用于对T2加权压水图像进行直方图归一化和二值化阈值分割处理，分割出脂肪组织与非脂肪组织，得到脂肪分布图；

[0072] 所述主磁场不均匀性矫正模块103，用于根据不同组织在Z谱图像中展现出的不同Z谱谱线分布，对分割出来的脂肪组织与非脂肪组织区域分别进行Z谱主磁场不均匀性矫正；

[0073] 所述图像重建模块104，用于经过主磁场不均匀性矫正后的Z谱进行多池洛伦兹线性拟合，拟合出相应的水峰W、脂肪峰F和磁化矢量，根据水与脂肪信号的相对占比计算出单位体素内的相对脂肪含量，以实现脂肪定量成像。

[0074] 需要说明的是，本发明的磁共振Z谱脂肪定量成像系统与本发明的磁共振Z谱脂肪定量成像方法一一对应，在上述磁共振Z谱脂肪定量成像方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于磁共振Z谱脂肪定量成像的实施例中，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述，特此声明。

[0075] 此外，上述实施例的磁共振Z谱脂肪定量成像系统的实施方式中，各程序模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述磁共振Z谱脂肪定量成像系统的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

[0076] 请参阅图9，在一个实施例中，提供了一种实现磁共振Z谱脂肪定量成像方法的电子设备，所述电子设备200可以包括第一处理器201、第一存储器202和总线，还可以包括存储在所述第一存储器202中并可在所述第一处理器201上运行的计算机程序，如磁共振Z谱脂肪定量成像程序203。

[0077] 其中，所述第一存储器202至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述第一存储器202在一些实施例中可以是电子设备200的内部存储单元，例如该电子设备200的移动硬盘。所述第一存储器202在另一些实施例中也可以是电子设备200的外部存储设备，例如电子设备200上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(SecureDigital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述第一存储器202还可以既包括电子设备200的内部存储单元也包括外部存储设备。所述第一存储器202不仅可以用于存储安装于电子设备200的应用软件及各类数据，例如磁共振Z谱脂肪定量成像程序203的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

[0078] 所述第一处理器201在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述第一处理器201是所述电子设备的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述第一存储器202内的程序或者模块，以及调用存储在所述第一存储器202内的数据，以执行电子设备200的各种功能和处理数据。

[0079] 图9仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图9示出的结构并不构成对所述电子设备200的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

[0080] 所述电子设备200中的所述第一存储器202存储的磁共振Z谱脂肪定量成像程序203是多个指令的组合，在所述第一处理器201中运行时，可以实现：

[0081] 采集空间位置相匹配的人体肩颈部T2加权压水图像，并采集与T2加权压水图像空间位置相匹配的人体肩颈部区域Z谱图像；

[0082] 对T2加权压水图像进行直方图归一化和二值化阈值分割处理，分割出脂肪组织与非脂肪组织，得到脂肪分布图；

[0083] 根据不同组织在Z谱图像中展现出的不同Z谱谱线分布，对分割出来的脂肪组织与非脂肪组织区域分别进行Z谱主磁场不均匀性矫正；

[0084] 经过主磁场不均匀性矫正后的Z谱进行多池洛伦兹线性拟合，拟合出相应的水峰W、脂肪峰F和磁化矢量，根据水与脂肪信号的相对占比计算出单位体素内的相对脂肪含量，以实现脂肪定量成像。

[0085] 进一步地，所述电子设备200集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个非易失性计算机可读取存储介质中。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)。

[0086] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

[0087] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0088] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。