[发明专利]一种用磁共振T2弛豫时间谱分析测定骨密度的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用磁共振T2弛豫时间谱分析测定生物骨密度的设备及方法，属于磁共振技术在医学领域的应用。该发明具有快速、无损分析测定骨密度，评价骨质量等功能，与常规的使用X射线测量方法的设备相比，具有对生物体完全无害，设备结构简单、体积小、重量轻，测量精度高、操作简便、测量方法可重复性强等优点。

背景技术

骨骼是人体中最基本也最为重要的生理结构之一。随着年龄的增长，人们大都存在骨量流失的情况；如果骨量流失特别严重，就会发生骨质疏松症。骨质疏松症不仅会增加骨折的风险，还会造成多种并发症，严重威胁着人类健康。

一般来说，骨质疏松症患者的骨骼结构没有特别明显的变化，变化比较显著的是骨骼的质量(Quality)。为了将骨骼的质量(Quality)定量化，一般选取骨矿物质密度BMD(BoneMineralDensity)作为衡量骨质量的参数。现行测量BMD数据的主要方法有单光子吸收测定法、双能X射线吸收测定法、定量CT法和超声波测定法。

单光子吸收测定法由于准确度低、重复性差，已经逐渐淘汰。大多数情况下，采用双能X射线吸收测定法测定骨密度BMD数据。双能X射线吸收测定法，又称DEXA(DualEnergyX-rayAbsorptiometry)，其基本原理是根据透过组织的两束不同能量的X线光束里电子数目以及能量的减少，来定量分析透过组织的厚度与密度。DEXA是现行的主流诊断方法，技术成熟且其测定的骨密度数据可以在一定程度上反映骨骼质量的好坏。但是不同厂家的产品、不同操作员去测量，骨密度数据存在差异性。更严重的是该方法存在一定剂量的X射线辐射，对于人体有一定损伤，不宜频繁测量，骨密度数据的跨时间比较受到限制。

定量CT的方法又称QCT(QuantityComputedTomography)，可以在现有的计算机断层扫描仪上改进实现，但是需要新增专用的软件。与DEXA不同，它测量的是体积的骨密度数据(g/cm³)，是真实的密度数据。但是QCT的辐射剂量高于DEXA，且设备庞大、费用昂贵，难以推广。

超声测定的方法实际上测量的不是骨密度数据，而是根据测量的声波的声速值SOS(SpeedofSound，单位：m/s)和宽带超声波衰减值BUA(BroadbandUltrasoundAttenuation，单位：dB/MHz)经过计算得到定量超声波骨强度QUS(QuantityUltrasoundStiffness)数据。QUS测量方法与DEXA测量方法相比，不存在电离辐射，对身体无害。但是经过试验对比，QUS数据与DEXA测得的BMD数据相比，相关性较低，准确性无法保证，只具有一定的参考价值，很难用于临床测量诊断。

近几年随着磁共振成像技术的不断发展，由于其具有完全无创、精确度高等特点越来越受到医学领域的重视。磁共振成像技术在骨科中的应用发展尤其迅速，主要应用于骨骼创伤、骨肿瘤和软组织病变等方面的鉴别与诊断。但是现有的磁共振成像设备和方法采集回波时间较长，不能够采集到极短回波时间下的骨组织信号，所以在对骨质疏松症的诊疗中应用较少。

本专利技术，通过对磁共振硬件进行重新设计，缩短设备回波时间至超短回波时间UTE(Ultra-shortEchoTime，范围即回波时间短于100微秒)，从而能够采集到T2弛豫时间极短的骨组织信号，再经过适当的数学反演得到T2弛豫时间谱等数据。进一步将T2弛豫时间谱与定量测定的骨密度数据等相关医学研究成果相结合，最终达到正确测量骨密度并应用于骨质疏松症诊断的目的。

T2弛豫时间又称横向弛豫时间，是氢原子发生自旋-自旋弛豫时，横向磁化矢量分量(即磁化矢量在三维坐标系中x、y方向的分量)由最大值衰减至0所需的时间。弛豫期间磁化强度矢量的横向分量M_x、M_y，如下公式(1)、(2)所示；