阅读说明：本技术 一种针对髋关节脱位的磁共振t2定量成像和评估方法及系统 (Magnetic resonance T2 quantitative imaging and evaluation method and system for hip dislocation ) 是由 雷格格 周红艳 贾慧惠 吴继志 常严 冯洁 盛茂 杨晓冬 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于磁共振成像技术领域,本发明提供的磁共振T2定量成像和评估方法,包括构建髋关节软骨模体,自定义设置T2弛豫值；选出最优成像序列和最优扫描参数；基于最优成像序列和最优扫描参数,对比不同T2定量算法的精确度,得到最优T2定量拟合算法；对髋关节软骨进行分割,从而获得T2测量值分布和T2-mapping伪彩图,以此作为磁共振T2定量成像技术临床可行性的参考依据。该方法能够为髋关节软骨的T2定量成像提供最优成像序列及最优扫描参数组合,同时对比了不同T2定量算法的精度,为髋关节软骨的T2定量成像提供最优的定量算法和精度指标,为DDH的临床诊断提供髋关节各部分软骨的T2定量精度的参考依据。(The invention belongs to the technical field of magnetic resonance imaging, and provides a magnetic resonance T2 quantitative imaging and evaluation method, which comprises the steps of constructing a hip joint cartilage die body, and setting a T2 relaxation value in a self-defined manner; selecting an optimal imaging sequence and optimal scanning parameters; comparing the accuracy of different T2 quantitative algorithms based on the optimal imaging sequence and the optimal scanning parameters to obtain an optimal T2 quantitative fitting algorithm; segmenting the hip joint cartilage to obtain T2 measurement value distribution and a T2-mapping pseudocolor image, and taking the T2 measurement value distribution and the T2-mapping pseudocolor image as a reference basis for clinical feasibility of the magnetic resonance T2 quantitative imaging technology. The method can provide an optimal imaging sequence and an optimal scanning parameter combination for the T2 quantitative imaging of the hip joint cartilage, simultaneously compares the accuracy of different T2 quantitative algorithms, provides an optimal quantitative algorithm and accuracy index for the T2 quantitative imaging of the hip joint cartilage, and provides a reference basis for the T2 quantitative accuracy of each part of the hip joint cartilage for the clinical diagnosis of DDH.)

一种针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法及系统

技术领域

本发明属于磁共振成像技术领域，具体涉及一种针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法及系统。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)全名是核磁共振成像技术(Nuclear Magnetic Resonance Imaging，NMRI)，又称自旋成像技术(Spin Imaging)，是利用人体组织中某种原子核的核磁共振现象，将所得射频信号经过电子计算机处理以重建出人体某一层面图像的诊断技术。磁共振成像技术能够反映组织T1、T2和质子密度的等多种特性，为疾病的检出和诊断提供信息。

传统的核磁共振成像仅能够提供不同对比度的定性图像，如T1加权、T2加权、质子密度加权、弥散加权、磁敏感加权等，随着磁共振技术的发展，现有的磁共振成像还能够提供磁共振定量信息，对于疗效的评估、疾病的分级诊断等都有着更重要的意义。

发育性髋关节脱位(DDH)是一种严重威胁儿童健康成长的常见髋关节疾病，早发现早治疗可显著降低该类疾病对人类健康和社会发展的危害。磁共振定量成像通过对软骨的T2值进行精准测量以提供与DDH早期病变相关的胶原纤维排布、蛋白多糖和水含量等生化指标的变化情况，进而实现DDH的早期诊断和治疗规划。

但目前DDH的磁共振定量成像在临床应用过程中还存在以下问题：

第一，DDH的磁共振定量成像的脉冲序列和序列参数的设置缺乏统一的临床扫描标准。图像的对比度与扫描图像所用的脉冲序列以及序列参数存在很大关系，不同设备上采集的图像或者不同医院相同设备上采集的图像在组织对比上往往存在比较明显的差异，这就影响了T2定量成像技术在临床诊断上的准确性。

第二，现有的定量成像软件平台缺少精度指标。定量成像技术主要是根据T2驰豫时间判断组织病变情况，T2值测量的准确性将会影响定量成像技术的临床诊断效果，目前医院使用的磁共振扫描仪均配置生产厂家提供的后处理工作站，基本是针对全身各组织，并不提供对应位置的定量精度指标，不能为DDH的临床诊断提供精确的参考和依据。

第三，目前还没有针对DDH的磁共振图像分割处理方法。髋关节软骨的精准分割是DDH精确检测和评估的首要前提，但由于髋臼软骨相对较薄，在磁共振图像中不易分辨，目前的髋关节软骨分割算法要么针对特定序列，要么对图像质量要求较高，要么需要保持髋关节的几何结构的稳定性，这些算法并不能完全适用于DDH的磁共振图像的精准分割。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有DDH的磁共振定量成像的脉冲序列和序列参数的设置缺乏统一的临床扫描标准、磁共振图像不能精准分割以及定量成像软件平台缺少精度指标的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像方法，包括以下步骤：

第一步，构建髋关节软骨模体，自定义设置符合髋关节软骨T2弛豫值；

第二步，基于所述髋关节软骨模体，通过模拟仿真实验从常用的T2定量成像脉冲序列中选出与所述T2弛豫值误差最小的所述常用脉冲序列作为最优成像序列；

第三步，对所述最优成像序列进行参数设置优化，得到最优扫描参数；

第四步，基于所述最优成像序列和所述最优扫描参数，对比不同T2定量算法的精确度，得到最优T2定量拟合算法；

第五步，采用所述最优成像序列、所述最优扫描参数和所述最优T2定量拟合算法获取被测对象的磁共振T2-mapping伪彩图的灰度图像，基于所述灰度图像对髋关节软骨进行分割，从而获得T2测量值分布和T2-mapping伪彩图，以此作为磁共振T2定量成像技术临床可行性的参考依据。

优选地，该磁共振T2定量成像和评估方法，第一步中，基于Spin-Scenario软件库，将被测对象的髋关节软骨的T2值进行自定义设置，得到若干所述T2弛豫值的数据集。

优选地，该磁共振T2定量成像和评估方法，第二步中，选出所述最优成像序列的步骤为：

基于Spin-Scenario软件库对若干所述T2定量成像脉冲序列进行编写代码设计；

基于经编写代码设计的所述T2定量成像脉冲序列，基于所述髋关节软骨模体，进行磁共振T2定量成像模拟仿真实验，获得所述髋关节软骨模体的一系列回波图像；

对所述回波图像的逐个像素点进行T2定量拟合，得到所述髋关节软骨模体的T2计算值的数据集合；

将所述T2计算值与所述T2弛豫值进行比较，误差最小的所述T2定量成像脉冲序列作为所述最优成像序列。

优选地，该磁共振T2定量成像和评估方法，第三步中，根据控制单一变量原则，逐个对所述最优成像序列的参数单独分析，保持其它参数和拟合方法不变，将指数非线性拟合作为该阶段的T2定量拟合。

进一步优选地，该磁共振T2定量成像和评估方法，对所述最优成像序列的参数设置优化，其先后顺序为回波图像个数优化、相邻回波图像的回波时间间隔优化、首幅图像回波时间优化、重复时间的优化。

优选地，该磁共振T2定量成像和评估方法，对髋关节软骨进行分割的方法包括：

将生成的原始磁共振定量成像进行预处理；

基于所述磁共振T2-mapping伪彩图的灰度图像提取髋臼软骨、股骨头软骨之间的分界线；

根据髋关节软骨的形态学特征排除非目标物体，并基于Hough变换提取股骨头的中心圆，结合提取的分界线划分出髋臼软骨和股骨头软骨的区域，并生成髋臼软骨和股骨头软骨的二值图像Mask和T2-mapping伪彩图。

进一步优选地，该磁共振T2定量成像和评估方法，对所述原始磁共振定量成像进行预处理包括批量读取、DICOM文件格式转换、提取ROI区域、图像噪声处理和生成T2-mapping伪彩图。

进一步优选地，该磁共振T2定量成像和评估方法，基于OTSU阈值分割算法划分出髋臼和股骨头两个区域，并通过自适应canny算子实现边缘检测，用于提取出髋臼软骨和股骨头软骨的分界线。

本发明还提供一种能够提供上述磁共振T2定量成像和评估方法的磁共振T2定量评估系统。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法，包括：构建髋关节软骨模体，自定义设置符合髋关节软骨T2弛豫值；第二步，基于髋关节软骨模体，通过模拟仿真实验从常用的T2定量成像脉冲序列中选出与T2弛豫值误差最小的T2定量成像脉冲序列作为最优成像序列；第三步，对最优成像序列进行参数设置优化，得到最优扫描参数；第四步，基于最优成像序列和最优扫描参数，对比不同T2定量算法的精确度，得到最优T2定量拟合算法；第五步，采用最优成像序列、最优扫描参数和最优T2定量拟合算法获取被测对象的磁共振T2-mapping伪彩图的灰度图像，基于灰度图像对髋关节软骨进行分割，从而获得T2测量值分布和T2-mapping伪彩图，以此作为磁共振T2定量成像技术临床可行性的参考依据。

该针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法，能够为髋关节软骨的T2定量成像提供最优成像序列以及基于该最优成像序列的最优扫描参数组合，同时通过模拟仿真实验对比了不同T2定量算法的精度，为髋关节软骨的T2定量成像提供最优的定量算法和精度指标；在对DDH患者的磁共振成像进行后处理时，能够准确分割出髋臼软骨和股骨头软骨，为DDH的临床诊断提供髋关节各部分软骨的T2定量精度的参考依据，有利于DDH的精准诊断。

2.本发明提供的针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法，模拟仿真实验可以根据需要自定义设置T2弛豫值的髋关节软骨模体，很好地弥补了临床数据没有金标准的问题。

3.本发明提供的针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法，选出最优成像序列的方法能够从多种常用的T2定量成像脉冲序列中选出最优成像序列，用于指导临床磁共振定量成像的参数设置。

4.本发明提供的针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法，对最优成像序列进行参数设置优化，采用单一对比原则分别进行回波图像个数优化、相邻回波图像的回波时间间隔优化、首幅图像回波时间优化、重复时间的优化，得到最优扫描参数，并传输到磁共振扫描仪中，指导临床磁共振定量成像的参数设置。

5.本发明提供的磁共振T2定量成像和评估方法，获得的髋关节软骨Mask可以用于直接获取对应软骨组织的T2测量值分布以及T2-mapping伪彩图显示，同时可以用于统计和分析软骨的T2弛豫时间变化情况。

6.本发明提供的磁共振T2定量成像和评估方法，不仅可以用于冠状位成像，还可用于矢状位、横截面等不同磁共振切面，由于所用的髋关节软骨分割算法是基于T2-mapping伪彩图实现软骨分割的，所以其对原始磁共振定向成像的图像质量要求不高，在此基础上，本发明不但可以用于正常人的软骨分割，对于髋关节脱位或者畸形的DDH患者也适用，在一定程度上弥补了基于磁共振成像的软骨分割在DDH等软骨畸形病变临床应用上的空缺。

7.本发明提供的磁共振T2定量成像和评估方法，从脉冲序列的选择、扫描参数优化、软骨分割和T2定量等多个方面为儿童发育性髋关节脱位的临床诊断提供精准的T2定量方案评估。该评估系统可工作于离线模式，即在计算机或工作站上运行。

最优的序列信息和定量方法是以模拟仿真的方式通过计算机或工作站仿真平台完成，计算完成后传输仿真结果给磁共振图像的髋关节后处理软件平台，根据提供的最优成像方案设置磁共振成像参数，获取病人的临床数据，并传输给髋关节后处理软件平台，对病人髋关节进行T2定量和软骨分割，并将分割结果显示在屏幕上以供医生参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法流程图；

图2为本发明实施例1提供的不同脉冲序列对T2测量精度的影响；

图3为本发明实施例1提供的不同回波个数的T2定量精度；

图4为本发明实施例1提供的不同回波间隔下的T2测量结果；

图5为本发明实施例1提供的不同TE1下的T2测量结果；

图6为本发明实施例1提供的不同TR下的T2测量误差；

图7为本发明实施例1提供的髋关节软骨分割算法的流程图；

图8为本发明实施例1提供的图像预处理算法的流程图；

图9为本发明实施例1提供的髋臼和股骨头的分界线的提取示意图；

图10为本发明实施例1提供的髋臼软骨和股骨头软骨的分割示意图；

图11为本发明实施例1提供的髋关节软骨的分割示意图；

图12为本发明实施例1提供的正常髋关节软骨的分割示意图；

图13为本发明实施例1提供的DDH患者髋关节软骨分割示意图；

图14为本发明实施例2提供的评估系统的原理简图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法，如图1所示，包括以下步骤：

第一步，构建髋关节软骨模体，自定义设置符合髋关节软骨T2弛豫值；

第二步，基于髋关节软骨模体，通过模拟仿真实验从常用的T2定量成像脉冲序列中选出与T2弛豫值误差最小的T2定量成像脉冲序列作为最优成像序列；

第三步，对最优成像序列进行参数设置优化，得到最优扫描参数；

第四步，基于最优成像序列和所述最优扫描参数，对比不同T2定量算法的精确度，得到最优T2定量拟合算法；

第五步，采用最优成像序列、最优扫描参数和最优T2定量拟合算法获取被测对象的磁共振T2-mapping伪彩图的灰度图像，基于灰度图像对髋关节软骨进行分割，从而获得T2测量值分布和T2-mapping伪彩图，以此作为磁共振T2定量成像技术临床可行性的参考依据。

该针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像方法，能够为髋关节软骨的T2定量成像提供最优成像序列以及最优扫描参数组合，同时通过模拟仿真实验对比了不同T2定量算法的精度，为髋关节软骨的T2定量成像提供最优的定量算法和精度指标；在对DDH患者的磁共振成像进行后处理时，能够准确分割出髋臼软骨和股骨头软骨，为DDH的临床诊断提供髋关节各部分软骨的T2定量精度的参考依据，有利于DDH的精准诊断。

在第一步髋关节软骨模体设计中，基于Spin-Scenario软件库，根据儿童髋关节软骨的T2值和T1值范围分别进行自定义设定髋关节软骨模体T2值和髋关节软骨模体T1值，得到若干髋关节软骨模体T2弛豫值和T1弛豫值的数据集，具体为：

自定义设定5个髋关节软骨模体T2弛豫值：30ms、40ms、50ms、60ms和70ms，同时将髋关节软骨模体T1弛豫值均设定为1000ms。

在上述髋关节软骨模体的构建过程中需提供一组数据集，可包括但不限于模体物理尺寸、模体分辨率、模体空间偏移量、模体T1分布矩阵、模体T2分布矩阵、组织归属矩阵，并可打包为单一MAT或HDF文件；上述参数矩阵大小也可任意设定，但数据集内部矩阵大小需相同。

磁共振定量成像技术通过测量的T2值来反映软骨中与早期病变相关的胶原纤维排布、蛋白多糖和自由水含量等生物学物质的细微变化，因此T2值测量的准确度很大程度上影响了定量成像技术临床诊断的有效性和精准性。但目前人体髋关节软骨的T2弛豫时间尚不明确，大量文献表明，它可能跟软骨组织病变部位、年龄、性别、体质比、定量方法、温度等众多因素有关，且每个被测者的T2弛豫值也会有所差别，故在一定条件下，髋关节软骨的T2弛豫值可能会保持在某一个范围内波动，比如儿童髋关节软骨的T2弛豫值大致会在30～70ms之间。

为了确保拟合精度的准确性，将被测量对象的T2弛豫值进行上述自定义设定，并通过模拟仿真实验根据需要自定义设置T2弛豫值构建髋关节软骨模体，能够很好地弥补了临床数据没有金标准的问题。

在第二步脉冲序列选择中，选出最优成像序列的具体步骤为：

(1)基于Spin-Scenario软件库，对若干常用T2定量成像脉冲序列进行编写代码设计；

选择3个常用T2定量成像脉冲序列(自旋回波SE序列、快速自旋回波FSE序列和多回波自旋回波MESE序列)，并根据这些脉冲序列的成像原理，基于可编程的Spin-Scenario软件库，编写lua代码设计上述常用T2定量成像脉冲序列。

对上述若干常用T2定量成像脉冲序列进行编写代码设计是通过模块化实现的：

将常用T2定量成像脉冲序列分解为射频脉冲模块、梯度模块、延时模块和信号采集模块，并按照先后顺序或者同步顺序进行排列组合。此外，还需要提供磁场强度、信噪比和脉冲序列扫描参数等信息。

(2)对经编写代码设计的常用T2定量成像脉冲序列的T2弛豫值进行模拟仿真实验，获得髋关节软骨模体的一系列回波图像；

在理想环境下，基于上述脉冲序列对5个不等T2弛豫值(30ms、40ms、50ms、60ms和70ms)所构建的髋关节软骨模体进行磁共振仿真成像，获得每个髋关节软骨模体的一系列不等回波时间(TE)的回波图像。为了保证测量结果不受参数设置等外界因素的干扰，尽量保证三组脉冲序列的扫描参数接近。

(3)对回波图像的逐个像素点进行计算得到所述髋关节软骨模体的T2计算值；

采用指数非线性拟合算法对图像中的逐个像素点从而获得T2计算值的数据集合，并生成T2-mapping伪彩图，然后分别计算每个脉冲序列的T2计算值的平均值、中位数和标准差。

(4)将T2计算值与T2弛豫值进行比较，误差最小的T2定量成像脉冲序列作为最优成像序列；

将方差系数(CV)作为序列可重复性的指标，将平均误差率(Error rate)作为序列量化精度的判断标准，使用以下公式计算出所有序列的CV和Error rate：

如图2所示，从序列的量化精度来看，SE序列、MESE序列、FSE-4序列、FSE-8序列和FSE-16序列的T2弛豫值和T2计算值误差分别为：0.7207ms、1.038ms、1.064ms、1.169ms、1.292ms，SE序列的计算误差明显小于其它序列，FSE随着回波个数的增加，其误差率呈增加的状态，4个回波链的FSE序列与MESE序列的误差精度在一个数量级。只有当模体的T2＝40ms时，FSE-4序列的测量精度稍微大于MESE，其余情况下MESE序列的T2测量精度均大于ETL＝4的FSE序列，说明MESE序列较FSE-4序列的定量精度更高。从序列的可重复性来看，SE序列、MESE序列、FSE-4序列、FSE-8序列和FSE-16序列等5个序列的平均CV分别为0.526％、0.753％、0.672％、0.596％、0.504％，所有序列对所有模体的CV均小于1％，说明每组序列均有良好的可重复性。

SE序列测量的T2弛豫值较其它序列更接近于真实值，MESE序列与FSE-4序列的T2计算精度虽然处于同一等级，但MESE序列的精度稍微高于FSE-4序列，MESE序列的扫描时间也远低于回波链长度为4的FSE序列。SE序列虽然T2定量精度较高但是成像时间过长，均衡时间成本和定量精度，因此，在上述三种常用脉冲序列中，MESE序列可以作为髋关节软骨T2定量成像的最优成像序列。

在第三步参数设置优化中，根据控制单一变量原则，逐个对最优成像序列的参数进行单独分析，保持其它参数和拟合方法不变，将指数非线性拟合作为该阶段的T2定量拟合。

对最优成像序列的参数设置优化包括回波图像个数优化、相邻回波图像的回波时间间隔优化、首幅图像回波时间优化、重复时间的优化。其参数设置优化步骤为：

(1)基于最优成像序列(本实施例为MESE序列)，总结扫描参数，包括回波图像个数、相邻回波图像的回波时间间隔、首幅图像回波时间和重复时间。

(2)根据控制单一变量的原则，逐个对最优成像序列的参数单独分析，保持其它参数和拟合方法不变，将指数非线性拟合作为该阶段的T2定量拟合。

(3)设置多组模拟仿真实验，先分析不同回波个数对T2定量精度的影响，选择最优的回波个数用于探究相邻回波图像间隔对定量精度的影响，然后选择最优的回波间隔用于探究回波时间(TE)对T2测量精度的影响，在此情况下，继续探究合适的重复时间(TR)值，最后获得最优成像序列参数组合用于进一步指导临床试验。

其中，MESE序列回波图像个数N的具体优化过程为：

根据儿童髋关节软骨T2弛豫值的范围，将第一个回波图像的回波时间(TE)设置为10ms，回波时间(TE)过短则会使组织的总体磁化矢量(横向磁化矢量与纵向磁化矢量的矢量和)没有达到最大偏转就开始采集信号，导致采集到的图像全部显示低信号；当回波时间(TE)过大时，组织的总体磁化矢量已经恢复原来的状态，此时采集的图像并不能够显示软骨等组织。

因此，将最优成像序列的成像参数设置为：重复时间(TR)为2500ms，回波图像的个数为2～22之间，回波间隔设置为5ms，例如当采集两幅回波图像时，第一个回波图像的回波时间(TE)设置为10ms，最后一个回波图像的回波时间(TE)设置为200ms；当采集4幅回波图像时，其回波时间(TE)分别为10ms、15ms、115ms、200ms；当采集6幅回波图像时，其回波时间分别为：10ms、15ms、20ms、110ms、115ms、200ms，以此类推，将不同回波时间的回波图像个数下的一组回波图像通过指数非线性拟合算法逐个像素点计算模体的T2值，并生成T2-mapping伪彩图。

根据T2衰减曲线计算平均误差率作为衡量T2测量精度的标准，统计分析和比较不同回波图像个数下的T2测量精度。

实验结果如图3所示，随着回波个数的增加，5个模体的平均T2误差呈现坡度逐渐减缓的降低趋势；从5个模体的平均值来看，随着回波图像个数的增加，测量值越接近真实值，其T2的测量误差随着回波个数N的增加逐渐减小，意味着回波个数越多，其T2定量的准确性越高。

其余模体均在N＝22时取得最小值，T2平均值的变化趋势也显示，当N＝22时精度最大，但是回波图像个数的增加意味着成像时间的延长，因此会带来信噪比降低、经济成本增加等一系列问题，因此，需要根据实际的成像条件选择合适的回波图像个数。对比不同回波图像个数产生的T2值误差以及其变化趋势，8回波和10回波的MESE序列均能满足要求，为了节省成像时间，本实施例中，将最优回波图像个数设置为8。

MESE序列相邻回波图像时间间隔ΔTE的具体优化过程为：

基于8回波的MESE序列可能的回波间隔只有等间隔和等差间隔分布两种情况，其中等间隔ΔTE可取的最大值为15ms，等差间隔只有d(ΔTE)＝2ms和3ms两种情况，因此用于定量成像的MESE序列的扫描参数设置为：回波图像个数为8，TR为2500ms，等间隔回波图像时间间隔为ΔTE＝2ms、4ms、6ms、8ms、10ms、12ms、14ms，或者回波图像时间间隔成等差d(ΔTE)＝2ms、3ms分布，回波时间(TE)根据时间间隔有所变化，比如ΔTE＝2ms时，TE＝10ms、12ms、14ms、16ms、18ms、20ms、22ms、24ms；以此类推，直到ΔTE＝14ms。当d(ΔTE)＝3ms时，TE＝10ms、13ms、19ms、28ms、40ms、55ms、73ms、94ms，其它序列参数保持不变。

利用指数非线性拟合方法对8个回波图像中每个像素点的信号强度拟合，并比较模体的T2测量值和真实值的差别，计算不同回波间隔下不同模体的误差率和平均误差率，作为定量精度的检测标准。

从实验结果来看，相邻回波间隔下模体的T2误差率维持在较低水平(小于0.01)。如图4所示，模体的T2为70ms，回波图像的时间间隔按照不等间隔d(ΔTE)＝3ms分布时，T2测量误差是所有回波间隔中误差率最大的情况。回波图像呈等间隔分布时的平均误差率在ΔTE＝4ms时处于最低位置，为0.435％，最大值的位置在ΔTE＝14ms，为0.4434％，最大值和最小值之间的差值仅为0.01％，是比较小的误差范围，可以认为该参数对儿童髋关节的T2定量精度影响不大。相邻回波图像的回波间距呈d(ΔTE)为2ms等差分布时，五个模体的平均误差率为0.434％，与等间距时的最小误差率相比，降低了0.001％。

为了确定最优的定量精度，比较了图4中等间隔和不等间隔情况下的T2测量误差率，对于T2为30ms的模体来说，时间间隔为ΔTE＝14ms的T2测量误差较低；对于T2为40ms的模体来说，时间间隔为ΔTE＝8ms时的T2测量误差稍低；对于T2为50ms的模体来说，时间间隔为等差分布的d(ΔTE)＝2ms时的T2测量精度较高；对于T2为60ms的模体来说，时间间隔ΔTE＝8ms时的T2测量精度较高；对于T2为70ms的模体来说，时间间隔为等差分布的d(ΔTE)＝2ms时的T2测量误差较低。由于每个模体的最优回波时间间隔是无规律变化的，可参考五个模体的平均误差率，将d(ΔTE)＝2ms设置为最优的回波图像间隔。

MESE序列首幅图像回波时间TE1的具体优化过程为：

由于T2定量序列生成的首幅图像是质子加权图像，PDWI需要长重复时间(TR)和短的回波时间(TE)，为了探究TE1对T2定量精度的影响，本实施例中将TE1的范围设置在10～25ms之间，对5个不等T2的模体进行定量成像，采用的MESE序列的参数分别为：8回波，TR＝2500ms，回波间隔按照d(ΔTE)＝2ms呈等差分布，TE1分别设置为10ms、12ms、14ms、16ms、18ms、20ms、22ms和24ms，而TE则跟随TE1的改变而改变，其它扫描参数保持不变。对获得的回波图像采用指数非线性拟合计算模体的T2值，并比较不同TE1下的定量精度。

如图5所示，从不同TE1的角度来看，每个模体的T2测量误差处于同一数量级(0.01ms)，但模体之间的误差变化较大，经SPSS的相关性分析，误差与模体的T2值变化呈正相关(P<0.05)。模体的平均T2误差基本保持在0.2333～0.24ms之间，不同TE1的平均测量结果略有不同，其中TE1＝14ms时的测量误差较小。

从单个模体的误差变化来看，对于T2＝30ms的模体1，当TE1＝18ms时误差率达到最小，说明模体的T2为30ms时，TE1设置为18ms有较高的测量精度；对于T2＝40ms的模体2，当TE1＝14ms时定量精度较高；对于T2＝50ms的模体3，TE1＝14ms时误差率为0.426％，处于较低水平；对于T2＝60ms的模体4，TE1＝14ms时误差率较低，表明当模体的T2值为60ms时，最优的TE1是14ms；对于T2＝70ms的模体5，在TE1＝24ms时取得最小误差率。

上述结果表明，当TE1＝24ms时误差率较低，虽然不同模体的T2测量误差率变化趋势不同，但是TE1＝14ms在各个模体内的误差率都处在较低水平，结合T2的平均误差，本实施例中将首个回波图像的回波时间TE1＝14ms设置为最优的髋关节软骨的MESE序列T2定量成像扫描参数，此时的8个回波图像的回波时间(TE)分别为：14ms、16ms、20ms、26ms、34ms、44ms、56ms和70ms。

重复时间(TR)的具体优化过程为：

基于上述仿真实验结果，采用MESE序列对5个不等T2设定值的髋关节软膜模体进行成像，再根据指数非线性拟合算法逐个像素点获得T2计算值，并统计和比较T2测量值与真实值的区别。MESE序列的扫描参数如下：8回波，TE为14ms、16ms、20ms、26ms、34ms、44ms、56ms、70ms，TR分别为1600ms、1800ms、2000ms、2200ms、2400ms设置多组对比实验，其他参数保持不变。

仿真结果如图6所示，随着重复时间(TR)的增大，T2测量值的平均误差呈现下降趋势。从单个模体的T2误差率来看，模体的T2测量值的误差率均随着重复时间(TR)的增加而减少。说明重复时间(TR)越大，T2的定量越精确。同时通过SPSS的相关性分析，发现测量的T2误差与重复时间(TR)呈负相关，相关系数为-0.446，呈现0.05水平的显著相关性，具有统计学意义。

因此，可以推断出重复时间(TR)越大，T2的定量精度越高，但是要根据实际情况谨慎选择。本发明是用于临床的儿童髋关节软骨成像，考虑时间成本和图像质量等众多因素后，本实施例将最优的重复时间(TR)设置为2500ms。

综上所述，在SE序列、FSE序列和MESE序列中，均衡了定量精度和时间成本，将MESE序列设置为髋关节软骨的最优成像序列，分别探究了不同回波图像的个数N、回波图像时间间隔ΔTE、第一幅回波图像的回波时间TE1和重复时间TR等参数对T2定量精度的影响，其最优的扫描参数为：回波个数为8回波，重复时间(TR)为2500ms，回波图像的回波时间间隔呈d(ΔTE)＝2ms等差分布，首幅图像的回波时间TE1为14ms。将上述序列和序列参数保存在一维数组中，发送到磁共振扫描仪上，指导临床T2定量成像的序列选择和参数设置。

在第五步的定量评估中，采用最优成像序列、最优扫描参数和最优T2定量拟合算法获取被测对象的磁共振T2-mapping伪彩图的灰度图像，基于灰度图像对髋关节软骨进行分割，从而获得T2测量值分布和T2-mapping伪彩图，以此作为磁共振T2定量成像技术临床可行性的参考依据。

具体地，包括以下步骤：

(1)临床数据的获取

基于最优成像序列和最优扫描参数，通过磁共振扫描获取一系列不等T2的磁共振回波图像。

(2)基于磁共振图像的髋关节后处理软件平台处理数据

将获取的一系列磁共振回波图像发送到磁共振图像的髋关节后处理软件平台，在该平台中，对磁共振图像进行髋关节软骨分割，并生成髋关节软骨的T2-mapping伪彩图。

本实施例中采用基于Mask的交互式半自动软骨分割算法，其主要流程如图7所示：

a.将生成的原始磁共振定量成像进行预处理；

预处理过程包括批量读取和格式转换、提取ROI区域、图像噪声处理和生成T2-mapping伪彩图。

具体为，如图8所示，首先，对DICOM格式的原始磁共振定量成像进行解码和批量读取图像数据，并将其转换为8位双精度型灰度图像；其次，手动截取包括髋臼和股骨头的矩形ROI区域，再使用小波变换对ROI区域的图像进行噪声处理；最后，使用基于噪声矫正的指数拟合算法拟合8幅回波图像得到矩形ROI区域的T2-mapping伪彩图。

b.基于T2-mapping伪彩图提取髋臼软骨、股骨头软骨与其它组织之间的分界线；

髋臼和股骨头的分界线是指髋臼和股骨头的最外边界点所在的直线，提取股骨头和髋臼的分界线主要用于区分髋臼软骨和股骨头软骨以及软骨与周围其它组织。具体地，髋臼和股骨头分界线的提取主要分为以下三个步骤：

首先，将T2-mapping伪彩图转化成双精度的灰度图，如图9中A所示；

其次，采用基于OTSU阈值分割算法初步将髋臼和软骨分割成两个部分，如图9中B所示；

最后，采用自适应canny边缘检测算法追踪到髋臼部分的最下边界点和最右边界点(若是右侧髋关节，即为最左边界点)，以及股骨头末端的最下边缘的两点，拟合出分界线A、B、C，保存这些直线的位置，如图9中C所示。

c.根据髋关节软骨的形态学特征排除非目标物体，并给予Hough变换提取股骨头的中心圆，结合提取的分界线划分出髋臼软骨和股骨头软骨的区域，生成Mask。

首先，填充二值图像中的空白区域，排除非目标物体对分割结果的影响，如图10中A所示；

其次，将此二值图像取反，与原始图像的数据相乘，得到除了髋臼和股骨头以外区域的T2-mapping伪彩图，基于该图像采用Hough变换提取股骨头的中心圆，如图10中B、C所示；

最后，股骨头中心圆与直线A、B和C相互组合分割出髋臼软骨和股骨头软骨，因为DDH患者的髋臼和股骨头产生不同程度的脱位，因此需要手动调整分割线，提高对DDH病变患者软骨的分割精度。

通过上述分割过程分别得到三条软骨的外边界线A、B、C和股骨头中心圆的位置信息，将这些分界线相互组合可以分割出髋臼软骨和股骨头软骨。

股骨头软骨所在的区域是指直线A上部与圆内部和Mask组成的相交区域，其二值图像被称为股骨头软骨Mask，如图11左第一幅图所示。

髋臼软骨的分割需要根据成像部位的分界线位置的不同分为左右两侧，左侧髋臼软骨区域是由直线B上部，直线C左侧和圆外部以及Mask组成的交叉区域，单独分割出左侧髋关节软骨的二值图像为左侧髋关节软骨Mask，如图11从左至右第二幅图所示。

右侧髋臼软骨区域是由直线B上部，直线C右侧和圆外部以及Mask组成的交叉区域，单独分割出右侧髋关节软骨的二值图像为右侧髋关节软骨Mask。将髋臼软骨Mask和股骨头软骨Mask叠加在一起生成髋关节部位的软骨掩膜，如图11从左至右第三幅图所示。

将Mask与T2-mapping相乘可以分别得到髋臼软骨、股骨头软骨和全部的髋关节软骨的T2测量值分布。

当髋臼和股骨头的几何结构和形态学相对位置均并未发生改变时，使用该算法分割髋关节中的髋臼软骨和股骨头软骨，如图12所示。

依据髋臼软骨和股骨头软骨的形态学特征，结合股骨头的中心圆和三条外分界线的位置信息，可以较好的分割出髋臼软骨和股骨头软骨。

当髋臼和股骨头的几何结构和形态学相对位置发生改变时，即存在脱位，股骨头已经脱离髋臼的包裹，使用上述算法会对髋臼区域有一定的误判，因此需要根据髋臼软骨的特征手动调整髋臼软骨的分割线，如图13所示，在已经分割出的髋关节Mask图像中，将箭头所指区域去掉，才能准确描绘出髋臼关节软骨的轮廓。

(3)评估T2定量成像技术对儿童发育性髋关节脱位的临床诊断价值

统计和分析临床数据中正常儿童、DDH患儿和其他髋关节疾病儿童的T2-mapping和T2值差异，并探讨了性别、年龄和偏侧性等因素对儿童髋关节组织的T2值的影响，从而评估T2定量成像技术对儿童发育性髋关节脱位的临床诊断价值。

实施例2

本实施例提供基于实施例1的针对髋关节脱位的磁共振T2定量成像和评估方法的评估系统，如图14所示，从脉冲序列的选择、扫描参数优化、软骨分割和T2定量等多个方面为儿童发育性髋关节脱位的临床诊断提供精准的T2定量方案评估。该评估系统可工作于离线模式，即在计算机或工作站上运行。

最优的序列信息和定量方法是以模拟仿真的方式通过计算机或工作站仿真平台完成，计算完成后传输仿真结果给磁共振图像的髋关节后处理软件平台，根据提供的最优成像方案设置磁共振成像参数，获取病人的临床数据，并传输给髋关节后处理软件平台，对病人髋关节进行T2定量和软骨分割，并将分割结果显示在屏幕上以供医生参考。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。