MRI ADC值是怎么来的?咱们来手算一下

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ADC(Apparent diffusion coefficient),表观弥散系数,用于描述DWI序列中不同方向的分子扩散运动的速度和范围,是MRI DWI(Diffusion-weighted imaging, 弥散加权成像)中最常用、也是最基础的一项指标。如果想快速了解DWI和ADC,推荐网页https://radiopaedia.org/articles/apparent-diffusion-coefficient-1,如果想深入了解,推荐学习这个网页中包含的参考文献。

大多数时候,核磁设备自带的工作站会自动生成ADC图像,大家直接看就可以了。但个别情况,大家拿到的影像中可能不包含ADC图像,这时如果想知道某个病灶或感兴趣区的ADC值,就要想办法自己算了。

需要手算ADC值的情况不多,但确实存在,咱们今天就来看看如何土法上马,手算ADC值。

老规矩,先给结论。

手算ADC值,首先需要找到b0序列和b1000序列,然后在两个序列对应层面的相同区域上分别画出感兴趣区域ROI,并计算ROI内像素值均值,假定b0序列中ROI的均值为S0,b1000序列中ROI的均值为S1,则ROI的平均ADC值近似如下

其中,b1=1000, b0=0。还有非常重要的一点,上面公式得出的ADC值需要乘上10的6次方,才和平常大家经常见到的ADC图像中的值对的上。因为ADC值普遍采用下面的单位。

作为参考,脑部组织的ADC值范围如下。

white matter: 670-800deep grey matter: 700-850 cortical grey matter: 800-1000CSF: 3000-3400astrocytomaGrade II: 1273 ± 293Grade III: 1067 ± 276Grade IV: 745 ± 135Apparent diffusion coefficient开始之前,先找找ADC序列

开始手算ADC之前,大家务必,先找找是不是已经有ADC序列了。下图是一个ADC序列,大家感受一下。

Cerebral abscess

ADC图像最大的特点就是,看上去所有的骨骼都没“抠”掉了,只保留了软组织和液体。

除了上面常见的ADC序列,还有一种指数ADC序列(Exponential ADC),参考下图中的右图。关于Exponential ADC,大家参考

https://mriquestions.com/exponential-adc.html#

此外,大家也可以根据序列描述(SeriesDescription, (0x0008,0x103e)),来帮助快速找ADC序列。如果序列描述中包含“ADC”这个关键词,有很大可能就是ADC序列了。但这种方法,就好比根据姓名来猜男女一样,不一定准确。下面的表格列举了一线厂家可能使用的序列命名举例。仅仅是举例啊,不是统一标准。

如何找到并区分b0和b1000序列?

如果确实没有ADC序列,那么就可以考虑手算。首先需要找到b0和b1000序列。

个人推荐,找b0或b1000序列,可以先看序列描述(Series Description),快速找到可能的b0(b1000)序列,然后再通过查看不同厂商DICOM Tag值的方法,来确认是否为b0(b1000)序列。

先说序列描述。下面的表格列举了一线大厂可能使用的序列命名。只是举例啊,不是统一标准。

上面的表格中“b=1000,b=0复合序列”表示一个序列中同时包含了b1000和b0序列。假如一个序列有40张图像,其中前20张可能是b1000图像,后20张是b0图像;也可能b0在前,b1000在后。并且,40张图像中,第1张和第21张都对应空间中同一位置,也就是人体的同一层面,只是b值不同。

那么,如何区分b0和b1000序列呢?这就需要去看不同厂家特定DICOM Tag的值了。为啥说“不同厂家特定DICOM Tag"?因为最早DICOM标准中并没有为b值的存储,规定一个统一的Tag。这就造成了各个厂商都是采用自己的私有标准来存储b值的。

还好,国外大神整理了一线厂商的b值存储方式:

NAMIC Wiki:DTI:DICOM for DWI and DTI

对于从事医疗影像软件开发,尤其是MRI后处理软件开发的同学,上面的网页非常有用,强烈推荐惠存。但对于大部分同学,大家直接看下面的表格,应该能覆盖80%的情况了。

在b0和b1000上勾画ROI,并计算ADC值

确认b0和b1000序列之后,接下来的工作就比较直截了当了。

首先,需要找到一款支持勾画ROI,并且计算ROI内像素均值的DICOM浏览器软件。专业的PACS终端或图像工作站,都会具备这项功能。如果大家手边没有这样的软件的话,可以采用免费软件MicroDICOM。https://www.microdicom.com/。下面ROI的图片,都是用MicroDICOM完成的。

在b0和b1000的对应层面中,分别勾画ROI。假定b0序列中ROI的均值为S0,b1000序列中ROI的均值为S1,通过下面的公式计算ROI区域的近似平均ADC值。

其中,b0=0,b1=1000。

咱们举例说明一下。下图中,从左至右,是从一次检查中找到的b0、b1000、以及ADC序列中相对应的层面。这里,咱们为了对比校验,把ADC层面也包含了进来。

把上方图片中ROI区域放大,如下图,能够看得更清楚。

为了计算更方便,咱们可以在Excel中做一个带公式的小表格,如下图所示。把上图中三个ROI区域的像素均值填入表格,就可以计算出ADC值了。

表格中,手算ADC = LN(A2/B2)/(D2-C2)*1000000,其中“LN()"表示以自然数e为底,求对数。

从图片可以看出,咱们手算出来的ADC值是874,而厂商生成的ADC值是876,二者还是非常接近的。

有两点需要说明。

首先,咱们手算ADC值时,为了操作方便,是先求b0和b1000图像ROI内像素的均值,然后把均值代入公式,计算出ADC值。而厂商生成的ADC图像中,每个像素的值是采用相应b0和b1000图像中相应单个像素的值,代入公式,计算出来的,然后咱们在ADC上画ROI,再求均值。简单来说,咱们手算的ROI ADC值,是先求均值,再算ADC;而厂商ADC ROI的值,则是先算ADC值,再求均值。二者数学上是有差异的。

其次,上面ROI区域都是手工画的,在3幅图像中的位置和大小肯定有差异,也会带来误差。

到这里,手算ADC值的方法终于说完了。咱们用了2千多字,讨论了如何解决一个平常不太会遇到的问题,得到一个”模糊正确“的答案。似乎这番折腾,多少有些不值得。

还好,英国哲学和逻辑学家Carveth Read说过,模糊的正确远胜于精确的错误。另外,这次聊的如何识别ADC、b0、b1000序列,大家以后可能用的上。



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