腦組織微觀結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)測量方法
【專利摘要】腦組織微觀結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)測量方法，包括使用磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像腦組織；確定該磁共振圖像內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際圖像信號強(qiáng)度（Si）；建立所述磁共振圖像內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的所述計(jì)算圖像信號強(qiáng)度（Sbi）與所述磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的權(quán)值（bi）之間的函數(shù)關(guān)系；和由所述磁共振圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的所述細(xì)胞外間隙容積比率（fECS）、所述細(xì)胞容積比率（fcell）、所述腦內(nèi)血管容積比率（fvas）、所述細(xì)胞外間隙擴(kuò)散系數(shù)（DECS）、所述細(xì)胞擴(kuò)散系數(shù)（Dcell）和所述腦內(nèi)血管擴(kuò)散系數(shù)（Dvas）重構(gòu)所述磁共振圖像。
【專利說明】腦組織微觀結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微觀結(jié)構(gòu)的測量方法，尤其涉及一種通過磁共振成像測量腦組織 微觀結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁共振（magnetic resonance imaging, MRI)由于其無電離損傷、高軟組織 分辨率的特點(diǎn)，加之對化學(xué)成分的敏感性，已廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的成像。隨著磁 共振水分子擴(kuò)散敏感成像技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用逐漸成熟，出現(xiàn)了磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像 (diffusion-weighted imaging, DWI)，并已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對像素內(nèi)水分子的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行 求解，并指導(dǎo)臨床疾病的診斷和鑒別診斷。
[0003] 磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像時(shí)，在高頻脈沖與數(shù)據(jù)采集之間，加上一對雙極擴(kuò)散敏感梯 度脈沖。第一個(gè)擴(kuò)散敏感梯度脈沖使質(zhì)子自旋去相位，如果沒有水分子的運(yùn)動(dòng)，則第二個(gè)擴(kuò) 散敏感梯度脈沖可使其完全復(fù)相位。組織中水分子的擴(kuò)散自由度可影響磁共振擴(kuò)散加權(quán)成 像圖像信號強(qiáng)度的衰減，在擴(kuò)散敏感梯度場施加方向上水分子擴(kuò)散越自由，圖像信號衰減 越明顯。在磁共振擴(kuò)散成像中，如果水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)受限，圖像信號為高信號。圖像信號 強(qiáng)度S = Stl e#D (其中，Stl為未施加擴(kuò)散敏感梯度脈沖時(shí)，核磁圖像中像素點(diǎn)的信號強(qiáng)度； S為施加擴(kuò)散敏感梯度脈沖后核磁圖像中像素點(diǎn)的信號強(qiáng)度；b磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的權(quán) 值，單位mm2/s，通過改換擴(kuò)散敏感梯度脈沖可以變化b的數(shù)值；D為水分子擴(kuò)散方向上的擴(kuò) 散加權(quán)系數(shù)，單位s/mm 2)。
[0004] 目前，磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對核磁圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)水分子的擴(kuò) 散系數(shù)進(jìn)行求解，并指導(dǎo)臨床疾病的診斷和鑒別診斷。但是，這一系數(shù)是細(xì)胞內(nèi)外水分子 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的綜合反映，被稱為表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient, ADC)，無 法區(qū)分細(xì)胞內(nèi)外擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。而腦病發(fā)生的不同階段，細(xì)胞內(nèi)外的容積比和水分子的擴(kuò)散系 數(shù)也顯著不同。比如，腦缺血早期，神經(jīng)細(xì)胞腫脹，腦細(xì)胞外間隙（extracellular space, ECS)皺縮，水分子擴(kuò)散受限；腦缺血晚期，神經(jīng)細(xì)胞壞死，腦細(xì)胞外間隙容積顯著擴(kuò)大，水分 子擴(kuò)散系數(shù)增大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種腦組織微觀結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)測量方法，以得到腦組織細(xì)胞內(nèi) 外水分子擴(kuò)散的差異。
[0006] 本發(fā)明提供了一種腦組織微觀結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)測量方法，包括使用磁共振擴(kuò)散加權(quán)成 像腦組織，得到對應(yīng)所述磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的各權(quán)值h的腦組織的復(fù)數(shù)個(gè)磁共振圖像， 其中i為整數(shù)且i=l. 2. 3. 4. 5. 6……;確定該磁共振圖像內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際圖像信號強(qiáng)度 Si ;定義一個(gè)計(jì)算圖像信號強(qiáng)度S (bj，建立所述磁共振圖像內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的所述計(jì)算圖像 信號強(qiáng)度S (h)與所述磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的權(quán)值匕之間的函數(shù)關(guān)系，其中該函數(shù)關(guān)系式 為：

【權(quán)利要求】
1. 腦組織微觀結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)測量方法，包括： 使用磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像腦組織，得到對應(yīng)所述磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的各權(quán)值（bi)的 腦組織的復(fù)數(shù)個(gè)磁共振圖像，其中i為整數(shù)i=l，2, 3, 4, 5, 6......，且i彡6 ; 測定該磁共振圖像內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際圖像信號強(qiáng)度（sp; 定義一個(gè)計(jì)算圖像信號強(qiáng)度（S(bj)，建立所述磁共振圖像內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的所述計(jì)算 圖像信號強(qiáng)度（S(bj)與所述磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的權(quán)值（bj之間的函數(shù)關(guān)系，其中該函 數(shù)關(guān)系式為：
其中：S。為未施加擴(kuò)散敏感梯度脈沖時(shí)，所述磁共振圖像內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的理論信號強(qiáng) 度， fECS為腦組織的細(xì)胞外間隙容積比率，f；ell為腦組織的細(xì)胞容積比率， fvas為腦組織的腦內(nèi)血管容積比率， DEes為腦組織的細(xì)胞外間隙擴(kuò)散系數(shù)， DMll為腦組織的細(xì)胞擴(kuò)散系數(shù)， Dvas為腦組織的腦內(nèi)血管擴(kuò)散系數(shù)； 由所述實(shí)際圖像信號強(qiáng)度（sp與所述計(jì)算圖像信號強(qiáng)度（S(bj)的方差，通過最小二 乘法計(jì)算得到所述磁共振圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的所述細(xì)胞外間隙容積比率（fKS)、所述細(xì)胞 容積比率（feell)、所述腦內(nèi)血管容積比率（fvas)、所述細(xì)胞外間隙擴(kuò)散系數(shù)（DEes)、所述細(xì)胞 擴(kuò)散系數(shù)（DMll)和所述腦內(nèi)血管擴(kuò)散系數(shù)（Dvas);和 由所述磁共振圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的所述細(xì)胞外間隙容積比率（fKS)、所述細(xì)胞容積比 率（feell)、所述腦內(nèi)血管容積比率（fvas)、所述細(xì)胞外間隙擴(kuò)散系數(shù)（DEes)、所述細(xì)胞擴(kuò)散系 數(shù)（DMll)和所述腦內(nèi)血管擴(kuò)散系數(shù)（Dvas)重構(gòu)所述磁共振圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的腦組織微觀結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)測量方法，其中求解所述磁共振圖像中 各個(gè)所述像素點(diǎn)的所述細(xì)胞外間隙容積比率（fKS)、所述細(xì)胞容積比率（feell)、所述腦內(nèi)血 管容積比率（fvas)、所述細(xì)胞外間隙擴(kuò)散系數(shù)（DEes)、所述細(xì)胞擴(kuò)散系數(shù)（DMll)和所述腦內(nèi) 血管擴(kuò)散系數(shù)（D_)的方程組為：

【文檔編號】A61B5/055GK104274176SQ201310289620
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】韓鴻賓 申請人:韓鴻賓