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扩散 MRI 测量运动和变形域的表观扩散系数。

Apparent diffusion coefficient measured by diffusion MRI of moving and deforming domains.

机构信息

INRIA Saclay, Equipe DEFI, CMAP, Ecole Polytechnique, Route de Saclay, 91128 Palaiseau Cedex, France.

ICJ UMR5208, INSA-Lyon, 20 Av. A. Einstein, 69100 Villeurbanne, France.

出版信息

J Magn Reson. 2020 Sep;318:106809. doi: 10.1016/j.jmr.2020.106809. Epub 2020 Aug 13.

DOI:10.1016/j.jmr.2020.106809
PMID:32862079
Abstract

The modeling of the diffusion MRI signal from moving and deforming organs such as the heart is challenging due to significant motion and deformation of the imaged medium during the signal acquisition. Recently, a mathematical formulation of the Bloch-Torrey equation, describing the complex transverse magnetization due to diffusion-encoding magnetic field gradients, was developed to account for the motion and deformation. In that work, the motivation was to cancel the effect of the motion and deformation in the MRI image and the space scale of interest spans multiple voxels. In the present work, we adapt the mathematical equation to study the diffusion MRI signal at the much smaller scale of biological cells. We start with the Bloch-Torrey equation defined on a cell that is moving and deforming and linearize the equation around the magnitude of the diffusion-encoding gradient. The result is a second order signal model in which the linear term gives the imaginary part of the diffusion MRI signal and the quadratic term gives the apparent diffusion coefficient (ADC) attributable to the biological cell. We numerically validate this model for a variety of motions and deformations.

摘要

由于在信号采集过程中成像介质的显著运动和变形,因此对诸如心脏等移动和变形器官的扩散 MRI 信号进行建模具有挑战性。最近,开发了一种描述扩散编码磁场梯度引起的复杂横向磁化的 Bloch-Torrey 方程的数学公式,以考虑运动和变形。在该工作中,动机是消除 MRI 图像中运动和变形的影响,并且感兴趣的空间尺度跨越多个体素。在本工作中,我们将数学方程适用于研究生物细胞小得多的尺度的扩散 MRI 信号。我们从运动和变形的细胞上定义的 Bloch-Torrey 方程开始,并在线性化扩散编码梯度的大小周围线性化该方程。结果是一个二阶信号模型,其中线性项给出扩散 MRI 信号的虚部,二次项给出归因于生物细胞的表观扩散系数(ADC)。我们针对各种运动和变形对该模型进行了数值验证。

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