[发明专利]基于非对称自旋回波的氧摄取分数无创定量测量系统

说明书

本发明公开了一种基于多回波非对称自旋回波快速成像技术(MASE)来无创定量测量组织氧摄取分数OEF的系统及方法，包括数据采集模块、血管内信号去除处理模块、估算结果评价模块三个部分。该系统综合利用了多回波非对称自旋回波磁共振图像的BOLD加权特征，利用脱氧血红蛋白引起的局部磁共振信号衰减模型达到无创定量测量组织氧摄取分数OEF等氧代谢指标的目的。采用本发明的技术方案，能够很好地利用磁共振成像技术无创地定量估算组织的氧摄取分数OEF等氧代谢指标，较为客观地给出了组织的氧代谢水平评价结果。且操作简便，能较为直观地给医生一个组织氧代谢水平参考，为氧代谢相关疾病的诊断，制定治疗方案及预后评估提供重要依据。

技术领域

本发明属于磁共振医学成像技术领域，具体是一种基于磁共振成像(MRI)技术的无创定量组织氧摄取分数(OEF)测量系统。

背景技术

氧摄取分数(OEF：Oxygen Extraction Fraction)是表征组织活性的一个重要指标，因此活体定量测量氧摄取分数OEF等组织氧代谢指标，对于认识理解在正常以及病理条件下的人体组织功能，如大脑和肾脏等，是非常重要的，而且可以为相关疾病的诊断和治疗提供非常重要的信息。Ogawa等(Ogawa et al，Proc Natl Acad Sci USA1990；Ogawa etal，MRM1990；Ogawa et al，MRM1993；Ogawa，Biophysical Journal1993)发现血氧水平依赖(BOLD，blood oxygenation level dependent)对比机制后，为MRI技术定量测量组织氧代谢提供了机会。BOLD对比磁共振信号的变化与组织中脱氧血红蛋白(deoxyhemoglobin)的含量相关。但是BOLD对比磁共振信号的变化是组织中多个氧代谢指标，包括血流量BF，血容积BV以及组织氧代谢率MRO2等，共同作用的结果。Yablonskiy和Haacke(Yablonskiy etal，MRM1994)提出了基于BOLD对比效应的磁共振信号衰减模型，并在此基础上利用梯度回波采样自旋回波(GESSE)技术定量测量大脑的氧摄取分数OEF等氧代谢指标(An et al，JCereb Blood Flow Metab2000；He et al，MRM2007)。

非对称自旋回波快速成像技术(ASE-EPI)是在传统自旋回波快速成像序列(SE-EPI)的90度和180度脉冲之间设置一个180度脉冲偏移时间变量，通过改变不同的偏移时间可以获得BOLD效应加权磁共振信号。

非对称自旋回波快速成像技术(ASE-EPI)已经被用来定量测量大脑氧摄取分数OEF等氧代谢指标(An et al，MRM2003)。本文提出的多回波非对称自旋回波无创定量测量系统，可作为一项组织氧摄取分数OEF等氧代谢指标无创定量测量技术，解决临床医师难以获得无创定量组织氧代谢水平的难题。该系统对序列采集数据的时间分配和估算氧代谢指标之间的关系进行分析，并针对实际临床应用，提出相应的数据采集时间分配方法，并提出一个自适应的选择参考氧摄取分数OEF的方法，使在临床条件下，不同可能范围的氧摄取分数OEF的估算更加准确，更有效率。

发明内容

本发明提出了一种通过多回波非对称自旋回波快速成像技术(MASE)来无创定量测量组织氧摄取分数OEF的系统。通过Yabloskiy和Haacke信号衰减模型提取BOLD对比磁共振信号中包含的组织氧代谢信息，应用残差平方和RSS(RSS，residual sum of squares)的方法，自适应选取合适的参考氧摄取分数OEF，对组织氧摄取分数OEF进行准确估算。

本发明能够通过磁共振序列设计，磁共振信号采样时间分配，以及磁共振信号模型自适应匹配，完成以下任务：

1.利用多回波非对称自旋回波快速成像序列(MASE)在相同信号采集时间内，得到更多倍的采样数据量，相较传统单回波技术具有更高的时间利用效率，满足临床实际的数据采集时间要求；