本發(fā)明涉及磁共振波譜，具體涉及一種用于評估血流依賴能量代謝的多核磁共振方法，還涉及一種用于評估血流依賴能量代謝的多核磁共振裝置，適用于基于多核磁共振技術(shù)來進行血流相關(guān)的能量代謝精細測量。

背景技術(shù)：

1、大腦的能量產(chǎn)生主要依靠血液中的葡萄糖供應(yīng)。當腦部能量代謝提升時，局域血流量會升高，葡萄糖消耗增加，對這兩者進行檢測可以獲得腦能量代謝的信息。當前對于監(jiān)測腦部能量代謝的方法主要有磁共振成像和氟代脫氧葡萄糖-正電子發(fā)射斷層掃描（18-fluoro-deoxyglucose?positron?emission?tomography,?fdg-pet）。mri通過檢測腦血流變化來間接測量腦能量代謝，活躍的腦區(qū)需要更多的能量，因此血流量增加，這種方法也被稱為功能磁共振成像（functional?mri,?fmri）。此外，mri中的磁共振波譜成像技術(shù)（magnetic?resonance?spectroscopy?imaging,?mrsi）可以通過檢測腦部乳酸、磷酸肌酸等代謝物的含量來評估腦部的能量代謝情況。但是，以1h為信號源的臨床mri/mrsi中圖像會受到強烈組織背景信號干擾。此外，由于氧消耗與血流增加在fmri中都表現(xiàn)為信號增強，因此這兩者難以解耦。fdg-pet可以通過測量腦部fdg的攝取來評估大腦的能量代謝，但是pet具有放射性，難以作為患者腦部能量檢測的常規(guī)手段。最重要的是，上述方法都不能進行血流與代謝產(chǎn)物的同時檢測，而這兩者均受到腦部能量代謝的影響。因此，對腦能量代謝產(chǎn)物和腦血流量進行同時測量，實現(xiàn)腦血流依賴的代謝產(chǎn)物評估，有望實現(xiàn)腦部能量代謝的準確評估。

2、除了1h外，還有多種原子核能夠用于磁共振成像，稱為多核mri。其中，31p-mrsi可以非侵入性地提供有能量代謝相關(guān)的重要信息。人體內(nèi)的多種高能代謝物，以及細胞膜上的磷脂均含有31p。31p-mrsi相較于1h-mrsi具有更大的代謝物化學位移范圍（31p:?30?ppm，1h:?5?ppm），且沒有背景信號干擾，因此相較于1h?mri能夠更好地對能量代謝產(chǎn)物進行檢測。其中，基本的高能代謝物磷酸肌酸（phosphocreatine，pcr）是31p-mrsi中的主要信號，pcr是一種可以立即使用的能量儲備，可以在消耗過程中生成三磷酸腺苷（adenosine?tri-phosphate，atp）。

3、超極化129xe氣體mri是近些年在臨床快速推廣的成像技術(shù)，129xe氣體吸入肺內(nèi)后，首先進入肺泡，然后穿過肺泡壁進入毛細血管并溶于血液（稱為溶解態(tài)129xe），隨血流運送到全身。由于129xe圖像沒有背景信號干擾，因此天然具有評估腦部灌注信息的優(yōu)勢，能夠?qū)δX部能量代謝相關(guān)的腦部血流改變進行有效檢測。

4、綜上，結(jié)合31p的能量代謝物檢測優(yōu)勢與129xe血流灌注檢測優(yōu)勢，實現(xiàn)代謝物，血流改變的同時測量，對于獲得腦血流依賴的代謝產(chǎn)物改變，準確評估腦部能量代謝具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種用于評估血流依賴能量代謝的多核磁共振方法，提供一種用于評估血流依賴能量代謝的多核磁共振裝置。

2、本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)手段來實現(xiàn)：

3、一種用于評估血流依賴能量代謝的多核磁共振方法，包括以下步驟：

4、步驟1、采集n組受試者的待測區(qū)域的31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)；采集n組受試者的待測區(qū)域的129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)；

5、步驟2、基于31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)和129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)計算磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像與血紅細胞的血流灌注效率圖像；

6、步驟3、對受試者進行刺激后，重復步驟1~2，獲得刺激后的受試者的待測區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像與刺激后的待測區(qū)域的血紅細胞的血流灌注效率圖像；

7、步驟4、基于刺激前后的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像和血流灌注效率圖像計算受試者的待測區(qū)域的血流依賴的能量代謝參數(shù)圖ien-rbc。

8、如上所述步驟1中31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)和129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)的采集包括以下步驟：

9、步驟1.1、受試者俯臥于磁共振檢查床上并連接至129xe氣體傳輸系統(tǒng)；

10、步驟1.2、受試者通過129xe氣體傳輸系統(tǒng)持續(xù)呼吸超極化129xe氣體與氧氣的混合氣，并進行31p同步化學位移波譜成像序列和129xe同步化學位移波譜成像序列掃描，獲得31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)和129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)。

11、如上所述步驟1.1中受試者佩戴31p同步收發(fā)射頻線圈和129xe同步收發(fā)射頻線圈，31p同步收發(fā)射頻線圈和129xe同步收發(fā)射頻線圈部分重疊且均位于線圈襯底上，129xe同步收發(fā)射頻線圈通過31p陷波電路、129xe發(fā)射接收切換開關(guān)與129xe信號濾波器連接，129xe信號濾波器和129xe前置放大器連接，31p同步收發(fā)射頻線圈通過129xe陷波電路、31p發(fā)射接收切換開關(guān)與31p信號濾波器連接，31p信號濾波器和31p前置放大器連接。

12、如上所述步驟1.2中31p同步化學位移波譜成像序列和129xe同步化學位移波譜成像序列均包含周期處理部分，周期處理部分包括預損毀部分與數(shù)據(jù)采集部分，預損毀部分內(nèi)，31p同步收發(fā)射頻線圈和129xe同步收發(fā)射頻線圈同時發(fā)射90°脈沖，之后立刻施加損毀梯度gsp將待測區(qū)域的原有的129xe磁共振信號與31p磁共振信號飽和，數(shù)據(jù)采集部分內(nèi)，31p同步化學位移波譜成像序列和129xe同步化學位移波譜成像序列分別通過31p同步收發(fā)射頻線圈和129xe同步收發(fā)射頻線圈同時發(fā)射90°脈沖與小角度脈沖；經(jīng)編碼梯度genc后，分別進行31p?磁共振信號與129xe磁共振信號的采集。

13、如上所述編碼梯度genc=?bw/(γ(31p)×fov)，bw是采樣帶寬，fov是成像視野，γ(31p)為31p的旋磁比。

14、如上所述步驟2和3中，磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像與血流灌注效率圖像基于以下步驟計算：

15、步驟2.1、根據(jù)31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sp?(i)與129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sxe(i)，獲得31p化學位移波譜圖像ip(i)與129xe化學位移波譜圖像ixe(i)，再通過對31p化學位移波譜圖像ip(i)與129xe化學位移波譜圖像ixe(i)的每個像素內(nèi)的波譜進行分峰擬合，獲得磷酸肌酸的化學位移波譜圖像ipcr(i)與血紅細胞的化學位移波譜圖像irbc(i)，i?=?1,?2,…?n?，

16、步驟2.2、將磷酸肌酸的化學位移波譜圖像ipcr(i)進行平均，獲得磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像；將待測區(qū)域的血紅細胞的化學位移波譜圖像irbc(i)根據(jù)如下公式進行逐點擬合，得到血流灌注效率v與信號常數(shù)因子s0，

17、，

18、其中，tr是數(shù)據(jù)采集部分的重復時間，s(itr)是irbc(i)的像素信號強度，α是129xe同步化學位移波譜成像序列的小角度脈沖的翻轉(zhuǎn)角，擬合獲得的血流灌注效率v的分布即為血流灌注效率圖像。

19、如上所述步驟4刺激前的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像和血流灌注效率圖像分別記為ipcr1和irbc_v1，刺激后的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像和血流灌注效率圖像分別記為ipcr2和irbc_v2，

20、所述步驟4中，能量代謝參數(shù)圖ien-rbc?=?(ipcr2?-?ipcr1)×irbc_v1’/?((irbc_v2’-irbc_v1’)?×ipcr1)，

21、其中，irbc_v1’?為將待測區(qū)域的血流灌注效率圖像irbc_v1進行圖像剪裁與插值至與待測區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像ipcr1相同的fov與分辨率后獲得的圖像；irbc_v2’為將刺激后的待測區(qū)域的血流灌注效率圖像irbc_v2進行圖像剪裁與插值至與刺激后的受試者的待測區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像ipcr2相同的fov與分辨率后獲得的圖像。

22、一種用于評估血流依賴能量代謝的多核磁共振裝置，包括：

23、化學位移波譜成像模塊：用于利用31p同步化學位移波譜成像序列和129xe同步化學位移波譜成像序列對受試者的待測區(qū)域進行化學位移波譜成像，獲得受試者受刺激前的待測區(qū)域的31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sp?(i)和待測區(qū)域的129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sxe(i)，還獲得受試者受刺激后的31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sp?(i)和待測區(qū)域的129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sxe(i)；

24、波譜圖像計算模塊：用于根據(jù)受刺激前的待測區(qū)域的31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sp(i)和待測區(qū)域的129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sxe(i)計算受刺激前的待測區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像ipcr1與待測區(qū)域的血紅細胞的血流灌注效率圖像irbc_v1；用于根據(jù)受刺激后的待測區(qū)域的31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sp?(i)和待測區(qū)域的129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sxe(i)計算受刺激后的待測區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像ipcr2與待測區(qū)域的血紅細胞的血流灌注效率圖像irbc_v2；

25、能量代謝參數(shù)圖計算模塊：用于根據(jù)刺激前后的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像和血流灌注效率圖像計算受試者的待測區(qū)域的血流依賴的能量代謝參數(shù)圖ien-rbc。

26、如上所述波譜圖像計算模塊中，

27、根據(jù)31p化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sp?(i)與129xe化學位移波譜成像數(shù)據(jù)sxe(i)，獲得31p化學位移波譜圖像ip(i)與129xe化學位移波譜圖像ixe(i)，再通過對31p化學位移波譜圖像ip(i)與129xe化學位移波譜圖像ixe(i)的每個像素內(nèi)的波譜進行分峰擬合，獲得磷酸肌酸的化學位移波譜圖像ipcr(i)與血紅細胞的化學位移波譜圖像irbc(i)，i?=?1,?2,?…?n?，

28、將磷酸肌酸的化學位移波譜圖像ipcr(i)進行平均，獲得磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像；將待測區(qū)域的血紅細胞的化學位移波譜圖像irbc(i)根據(jù)如下公式進行逐點擬合，得到血流灌注效率v與信號常數(shù)因子s0，

29、，

30、其中，tr是數(shù)據(jù)采集部分的重復時間，s(itr)是irbc(i)的像素信號強度，α是129xe同步化學位移波譜成像序列的小角度脈沖的翻轉(zhuǎn)角，擬合獲得的血流灌注效率v的分布即為血流灌注效率圖像。

31、如上所述能量代謝參數(shù)圖計算模塊中，

32、刺激前的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像和血流灌注效率圖像分別記為ipcr1和irbc_v1，刺激后的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像和血流灌注效率圖像分別記為ipcr2和irbc_v2，

33、能量代謝參數(shù)圖ien-rbc?=?(ipcr2?-?ipcr1)×irbc_v1’/?((irbc_v2’-?irbc_v1’)?×ipcr1)，

34、其中，irbc_v1’?為將待測區(qū)域的血流灌注效率圖像irbc_v1進行圖像剪裁與插值至與待測區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像ipcr1相同的fov與分辨率后獲得的圖像；irbc_v2’為將刺激后的待測區(qū)域的血流灌注效率圖像irbc_v2進行圖像剪裁與插值至與刺激后的受試者的待測區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學位移波譜圖像ipcr2相同的fov與分辨率后獲得的圖像。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點：

36、1、通過設(shè)計31p/129xe同步收發(fā)射頻線圈，以及相關(guān)控制電路，實現(xiàn)31p/129xe磁共振信號無延遲的同步激發(fā)與接收。

37、2、結(jié)合31p與129xe多核mri各自的信號特點，在一個序列中實現(xiàn)31p與129xe磁共振波譜圖像的數(shù)據(jù)采集。

38、3、通過將31p?磁共振波譜成像獲得的能量代謝的響應(yīng)參數(shù)對129xe?磁共振波譜成像獲得的血流灌注響應(yīng)參數(shù)進行歸一化，獲得血流依賴的能量代謝改變。