本發(fā)明屬于側(cè)支循環(huán)檢測領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的設(shè)備、非診斷方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

腦血管疾病是導(dǎo)致人類死亡的三大疾病之一。由于其發(fā)病率和致殘率極高，現(xiàn)已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人類健康的常見疾病。當(dāng)腦血管發(fā)生病變的時(shí)候，腦部側(cè)支循環(huán)作為腦血管網(wǎng)絡(luò)的備用系統(tǒng)，可以在原來的血流通路失效的情況下保持腦血流量的穩(wěn)定，為避免發(fā)生腦缺血事件提供了重要的保護(hù)機(jī)制。其中，側(cè)支循環(huán)包括原發(fā)側(cè)支循環(huán)(即顱底Willis環(huán)的前交通動(dòng)脈、后交通動(dòng)脈)和繼發(fā)側(cè)支循環(huán)(通過頸外動(dòng)脈或軟腦膜系統(tǒng)建立起來的側(cè)支)。一般認(rèn)為在缺血事件的早期，原發(fā)側(cè)支循環(huán)會(huì)首先發(fā)揮作用，提供較大血流量，而繼發(fā)側(cè)支循環(huán)則是在原發(fā)側(cè)支循環(huán)不發(fā)育或仍無法維持正常灌注時(shí)才出現(xiàn)，為病變區(qū)域的腦組織進(jìn)一步提供額外血供來源。血管內(nèi)支架成形術(shù)(Carotid Angioplasty and Stenting，CAS)已成為廣大臨床醫(yī)生治療頸動(dòng)脈狹窄的重要選擇。然而在手術(shù)中需要阻斷頸內(nèi)動(dòng)脈，所以術(shù)前患者是否存在側(cè)支循環(huán)對(duì)于制定手術(shù)方案有非常重要的作用。如果術(shù)前病人的側(cè)支形成良好，阻斷頸內(nèi)動(dòng)脈后，就不需要再進(jìn)行頸動(dòng)脈轉(zhuǎn)流。否則，長時(shí)間阻斷狹窄的頸內(nèi)動(dòng)脈，會(huì)造成同側(cè)大腦的腦組織缺血，進(jìn)而發(fā)生腦梗死。此外，對(duì)于顱內(nèi)段血管嚴(yán)重狹窄或閉塞的患者，顱內(nèi)外血管搭橋手術(shù)(External Carotid-Internal Carotid bypass,ECIC bypass)是重要的治療方法。搭橋手術(shù)通過建立頸外動(dòng)脈分支(多為顳淺動(dòng)脈)與大腦中動(dòng)脈分支之間的通路，使得頸外來源的血流可以為腦實(shí)質(zhì)提供代償血供。而術(shù)后該人為建立的側(cè)支循環(huán)血流是否形成充分則是搭橋手術(shù)成功與否的關(guān)鍵所在。因此，側(cè)支循環(huán)的檢測技術(shù)對(duì)于腦血管狹窄或阻塞患者治療方案的指導(dǎo)以及治療效果的評(píng)估都扮演著非常重要的角色。

目前在臨床中，數(shù)字減影血管造影術(shù)(Digital Subtraction Angiograph y，DSA)作為臨床中側(cè)支循環(huán)檢查的金標(biāo)準(zhǔn)，可清楚地顯示動(dòng)脈管腔狹窄、閉塞及側(cè)支循環(huán)建立情況等。但是，該血管造影術(shù)是有創(chuàng)的，需要注射一種會(huì)對(duì)腎臟有害的碘化造影劑，并可能存在電離輻射的危害；此外，DSA還存在一定的其他并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，如引發(fā)栓塞或缺血性疾病的發(fā)生。而且，隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的進(jìn)步，人們也不僅僅希望從影像學(xué)手段中獲取諸如血管形態(tài)、血流流速等診斷信息，更需要從中獲取各血管的灌注區(qū)域及定量的灌注信息。許多腦血管病變都伴隨著血供的改變，所以腦組織灌注的定量研究和評(píng)價(jià)將為臨床治療方案制定、療效判斷和預(yù)后的重要依據(jù)。因此，在腦血管疾病的研究和診療中，側(cè)支循環(huán)血流的灌注測量尤為重要。常用的腦灌注成像手段(如單光子發(fā)射斷層掃描，動(dòng)態(tài)灌注計(jì)算機(jī)斷層掃描等)只能提供全腦的灌注情況，并不能夠?yàn)榕R床醫(yī)生提供灌注區(qū)域的血供來源信息。近年來隨著磁共振成像技術(shù)的不斷發(fā)展，基于偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記的血管編碼灌注成像技術(shù)(Vessel-encoded Arterial Spin Labeling,VEAS L)作為一種完全無創(chuàng)的區(qū)域灌注成像方法通過對(duì)標(biāo)記層面的三至四根頸內(nèi)動(dòng)脈血管進(jìn)行編碼，可以提供頸內(nèi)血管的灌注信息，進(jìn)而部分反映原發(fā)側(cè)支循環(huán)的灌注情況。

然而到目前為止并沒有任何一種成像技術(shù)可以對(duì)頸外來源側(cè)支循環(huán)的灌注情況進(jìn)行檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的設(shè)備、非診斷方法及應(yīng)用。

具體地，為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一方面提供了一種無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的設(shè)備，所述設(shè)備包括，編碼單元，構(gòu)造新的編碼矩陣，根據(jù)編碼矩陣的設(shè)置，在磁共振掃描時(shí)調(diào)制血管位置處的相位進(jìn)行編碼；標(biāo)記單元，根據(jù)構(gòu)造的編碼矩陣，對(duì)標(biāo)記層面內(nèi)預(yù)定的血管處的相位進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)行血管選擇性編碼標(biāo)記；修正單元，通過計(jì)算實(shí)際標(biāo)記效率，修正編碼矩陣；解碼單元，對(duì)修正后的編碼矩陣進(jìn)行求逆運(yùn)算，通過求解編碼矩陣A的逆矩陣A^-1，分別得到左右頸內(nèi)動(dòng)脈、基底動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈的灌注區(qū)域圖像；計(jì)算單元，對(duì)各腦區(qū)具體的腦血流量進(jìn)行計(jì)算；檢測單元，通過灌注區(qū)域的變化進(jìn)行側(cè)支循環(huán)的形成情況的檢測。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的設(shè)備，所述新的編碼矩陣為，

其中，E代表頸外動(dòng)脈，R代表右頸內(nèi)動(dòng)脈，L代表左頸內(nèi)動(dòng)脈，B代表基底動(dòng)脈，S代表靜態(tài)組織。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的設(shè)備，所述新的編碼矩陣是經(jīng)過三次空間編碼實(shí)現(xiàn)的，以區(qū)分頸內(nèi)動(dòng)脈、基底動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈的灌注區(qū)域。

構(gòu)造所述新的編碼矩陣可以依次包括如下步驟，

第一空間編碼步驟，在頸內(nèi)動(dòng)脈的水平方向上施加編碼梯度，編碼波長為兩根頸內(nèi)動(dòng)脈之間的距離；第二個(gè)空間編碼步驟，在頸內(nèi)動(dòng)脈的水平方向上施加編碼梯度，編碼波長為兩根頸內(nèi)動(dòng)脈之間的距離；第三個(gè)空間編碼步驟，在頸內(nèi)動(dòng)脈的垂直方向上施加編碼梯度。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的設(shè)備，所述修正單元通過灌注數(shù)據(jù)擬合分析得到每個(gè)血管的實(shí)際標(biāo)記效率。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的設(shè)備，所述修正單元依次包括如下步驟，

采集非選擇性動(dòng)脈標(biāo)記技術(shù)的標(biāo)記像和對(duì)照像的數(shù)據(jù)，獲得全腦非選擇性灌注信號(hào)強(qiáng)度；計(jì)算血管編碼掃描時(shí)的灌注信號(hào)強(qiáng)度與全腦非選擇性灌注信號(hào)強(qiáng)度的比值，并繪制所得比值的分布直方圖；利用高斯函數(shù)擬合得到該直方圖上的極點(diǎn)，作為每根標(biāo)記血管的實(shí)際標(biāo)記效率，用于修正編碼矩陣。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的設(shè)備，所述計(jì)算單元依次包括如下步驟，

采集灌注圖像數(shù)據(jù)、磁場不均勻性的數(shù)據(jù)和腦脊液的數(shù)據(jù)；

對(duì)各腦區(qū)具體的腦血流量進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的設(shè)備，所述對(duì)各腦區(qū)具體的腦血流量進(jìn)行計(jì)算的步驟依次包括如下步驟，

使用種子生長對(duì)腦組織區(qū)域進(jìn)行分割，以去除顱外的背景噪聲及頭皮部分，余下的腦組織區(qū)域即作為后面計(jì)算平均腦血流量的感興趣區(qū)域；

使用最小誤差和的準(zhǔn)則對(duì)最小對(duì)比圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到一個(gè)二次曲面，作為射頻線圈靈敏度分布圖，并對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行歸一化處理；

使用歸一化的射頻線圈靈敏度分布圖對(duì)動(dòng)脈自選標(biāo)記的灌注圖像數(shù)據(jù)以及腦脊液的信號(hào)進(jìn)行校正；通過標(biāo)記像與對(duì)照像成對(duì)相減得到灌注信號(hào)，之后對(duì)同一體素對(duì)應(yīng)的不同時(shí)間點(diǎn)采集的灌注信號(hào)強(qiáng)度求平均，作為該體素的灌注信號(hào)強(qiáng)度；在經(jīng)過B1場不均勻性校正后的腦脊液信號(hào)圖上找到最強(qiáng)的信號(hào)值作為腦脊液信號(hào)；

根據(jù)計(jì)算得到的腦脊液信號(hào)值和動(dòng)脈血信號(hào)值之間的關(guān)系計(jì)算得到同等狀態(tài)下的動(dòng)脈血的信號(hào)值，計(jì)算關(guān)系為：

S_0Blood＝0.93·S_0CSF，其中S_0Blood為完全弛豫狀態(tài)下血液磁化強(qiáng)度對(duì)應(yīng)信號(hào)值，S_0CSF為采集到經(jīng)過校正的腦脊液信號(hào)值；

通過對(duì)各個(gè)成像層面數(shù)據(jù)實(shí)際采集時(shí)間與標(biāo)記時(shí)間之間延時(shí)的計(jì)算，對(duì)標(biāo)記后的血液信號(hào)再進(jìn)行由于T1弛豫引起的信號(hào)衰減的校正，標(biāo)記延時(shí)的計(jì)算方法為：

T_d(i)＝pld+sld×(i-1)，其中T_d(i)為第i層成像平面對(duì)應(yīng)的標(biāo)記時(shí)間延時(shí)，pld為第一層成像層面對(duì)應(yīng)的標(biāo)記時(shí)間延時(shí)，sld為相鄰兩個(gè)成像層面之間數(shù)據(jù)采集對(duì)應(yīng)的時(shí)間延時(shí)；

計(jì)算各體素內(nèi)腦組織的腦血流量CBF：

其中α為標(biāo)記效率因子，T_1B為血液T₁弛豫時(shí)間，pcasl為偽連續(xù)動(dòng)脈自選標(biāo)記標(biāo)記脈沖施加時(shí)間長度。

本發(fā)明的第二方面提供了前述的設(shè)備用于栓塞或缺血性疾病檢測和診斷的產(chǎn)品中的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明第二方面的用途，所述疾病為腦血管缺血性疾病。

本發(fā)明的第三方面提供了一種無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的非診斷方法，所述方法包括，以磁共振灌注成像為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)頸內(nèi)外側(cè)支血流灌注的無創(chuàng)定量測量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的設(shè)備、應(yīng)用及無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的非診斷方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明通過已有的偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)和哈達(dá)瑪矩陣的血管編碼方法，構(gòu)造新型的編碼矩陣，利用了偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)中相鄰的標(biāo)記射頻脈沖之間的時(shí)間間隙，在這些時(shí)間間隙中施加額外的空間橫向梯度，并對(duì)標(biāo)記層面內(nèi)頸內(nèi)動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈處的相位進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)血管選擇性編碼標(biāo)記的目的，最后通過解碼獲得頸內(nèi)及頸外動(dòng)脈的灌注區(qū)域，進(jìn)而反映出頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的形成情況。

(2)本發(fā)明所建立的無創(chuàng)頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)檢測方法不僅可以檢測到側(cè)支循環(huán)是否存在，還可以對(duì)側(cè)支循環(huán)的灌注區(qū)域進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)證明，可以跟蹤評(píng)價(jià)手術(shù)前后側(cè)支血流的變化情況，為手術(shù)方案的制定及手術(shù)療效的評(píng)價(jià)提供了一種有價(jià)值的新手段。

附圖說明

以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方案，其中：

圖1示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)方法的流程圖；

圖2示出了圖1中的步驟1的流程圖；

圖3示出了圖1中的步驟3的流程圖；

圖4示出了圖1中的步驟5的流程圖；

圖5示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法采用三次空間編碼得到的頸內(nèi)動(dòng)脈、基底動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈灌注區(qū)域的編碼圖；

圖6示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法的三次編碼掃描步驟及解碼結(jié)果的灌注圖；

圖7示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法的三次編碼步驟中的標(biāo)記效率；

圖8示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法的解碼得到頸內(nèi)外動(dòng)脈的灌注區(qū)域示意圖；

圖9示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法的腦血流量定量計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是，應(yīng)當(dāng)理解為，這些實(shí)施例僅僅是用于更詳細(xì)具體地說明之用，而不應(yīng)理解為用于以任何形式限制本發(fā)明。

本部分對(duì)本發(fā)明試驗(yàn)中所使用到的材料以及試驗(yàn)方法進(jìn)行一般性的描述。雖然為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所使用的許多材料和操作方法是本領(lǐng)域公知的，但是本發(fā)明仍然在此作盡可能詳細(xì)描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，在上下文中，如果未特別說明，本發(fā)明所用材料和操作方法是本領(lǐng)域公知的。

如圖1所示，一種基于磁共振灌注成像的無創(chuàng)頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)檢測方法，包括如下步驟：

步驟1，構(gòu)造新的編碼矩陣，根據(jù)編碼矩陣的設(shè)置，在磁共振掃描時(shí)調(diào)制血管位置處的相位進(jìn)行編碼；

步驟2，根據(jù)構(gòu)造的編碼矩陣，對(duì)標(biāo)記層面內(nèi)預(yù)定的血管處的相位進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)行血管選擇性編碼標(biāo)記；

步驟3，計(jì)算實(shí)際標(biāo)記效率，修正編碼矩陣；

步驟4，對(duì)修正后的編碼矩陣進(jìn)行求逆運(yùn)算，通過求解編碼矩陣A的逆矩陣A^-1，分別得到左右頸內(nèi)動(dòng)脈、基底動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈的灌注區(qū)域圖像；

步驟5，對(duì)各腦區(qū)具體的腦血流量進(jìn)行計(jì)算；

步驟6，通過灌注區(qū)域的變化進(jìn)行側(cè)支循環(huán)的形成情況的檢測。

本發(fā)明提供了一種無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法，目的在于實(shí)現(xiàn)頸內(nèi)外來源的側(cè)支血流灌注的無創(chuàng)定量測量。本發(fā)明方法通過已有的偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)和哈達(dá)瑪矩陣的血管編碼方法，構(gòu)造新型的編碼矩陣，利用了偽連續(xù)動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)中相鄰的標(biāo)記射頻脈沖之間的時(shí)間間隙，在這些時(shí)間間隙中施加額外的空間橫向梯度，并對(duì)標(biāo)記層面內(nèi)頸內(nèi)動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈處的相位進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)血管選擇性編碼標(biāo)記的目的，最后通過解碼獲得頸內(nèi)及頸外動(dòng)脈的灌注區(qū)域，進(jìn)而反映出頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的形成情況。

參照?qǐng)D2，圖2示出了圖1中的步驟1的流程圖，包括如下步驟：

步驟11，第一空間編碼步驟，在頸內(nèi)動(dòng)脈的水平方向上施加編碼梯度，編碼波長為兩根頸內(nèi)動(dòng)脈之間的距離；“兩根頸內(nèi)動(dòng)脈之間的距離”由掃描的磁共振血管造影術(shù)圖像上測得，該編碼步驟所需時(shí)間為4.1分鐘；

步驟12，第二個(gè)空間編碼步驟，在頸內(nèi)動(dòng)脈的水平方向上施加編碼梯度，編碼波長為兩根頸內(nèi)動(dòng)脈之間的距離，該編碼步驟所需時(shí)間為4.1分鐘；

步驟13，第三個(gè)空間編碼步驟，在頸內(nèi)動(dòng)脈的垂直方向上施加編碼梯度，通過預(yù)設(shè)的編碼波長，設(shè)定左右頸內(nèi)動(dòng)脈和左右頸外動(dòng)脈共同處于完全馳豫狀態(tài)，椎動(dòng)脈處的磁化矢量處于完全反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，該編碼步驟所需時(shí)間為4.1分鐘；

步驟14，構(gòu)造新的編碼矩陣，所述編碼矩陣構(gòu)造為：

E代表頸外動(dòng)脈，R代表右頸內(nèi)動(dòng)脈，L代表左頸內(nèi)動(dòng)脈，B代表基底動(dòng)脈，S代表靜態(tài)組織。

步驟15，根據(jù)編碼矩陣的設(shè)置，在磁共振掃描時(shí)調(diào)制血管位置處的相位進(jìn)行編碼。

參照?qǐng)D3，圖3示出了圖1中的步驟3的流程圖，包括如下步驟：

步驟31，采集非選擇性動(dòng)脈標(biāo)記技術(shù)的標(biāo)記像和對(duì)照像的數(shù)據(jù)，獲得全腦非選擇性灌注信號(hào)強(qiáng)度；

步驟32，計(jì)算血管編碼掃描時(shí)的灌注信號(hào)強(qiáng)度與全腦非選擇性灌注信號(hào)強(qiáng)度的比值，并繪制所得比值的分布直方圖；

步驟33，利用高斯函數(shù)擬合得到該直方圖上的極點(diǎn)，作為每根標(biāo)記血管的實(shí)際標(biāo)記效率，用于修正編碼矩陣。

參照?qǐng)D4，圖4示出了圖1中的步驟5的流程圖，包括如下步驟：

步驟51，采集灌注圖像數(shù)據(jù)、磁場不均勻性的數(shù)據(jù)和腦脊液的數(shù)據(jù)；

步驟52，對(duì)各腦區(qū)具體的腦血流量(Cerebral Blood Flow,CBF)進(jìn)行計(jì)算。

優(yōu)選的，對(duì)各腦區(qū)具體的腦血流量進(jìn)行計(jì)算，包括如下步驟：

首先使用種子生長對(duì)腦組織區(qū)域進(jìn)行分割，以去除顱外的背景噪聲及頭皮部分，余下的腦組織區(qū)域即作為后面計(jì)算平均腦血流量的感興趣區(qū)域。然后，使用最小誤差和的準(zhǔn)則對(duì)最小對(duì)比圖(MinContrast圖)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到一個(gè)二次曲面，作為射頻線圈靈敏度分布圖(RF Coil Sensitivity)，并對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行歸一化處理。使用歸一化的射頻線圈靈敏度分布圖對(duì)ASL灌注圖像數(shù)據(jù)以及腦脊液(Cerebrospinal Fluid,CSF)的信號(hào)進(jìn)行校正。通過標(biāo)記像與對(duì)照像成對(duì)相減得到灌注信號(hào)，之后對(duì)同一體素對(duì)應(yīng)的不同時(shí)間點(diǎn)采集的灌注信號(hào)強(qiáng)度求平均，作為該體素的灌注信號(hào)強(qiáng)度。在經(jīng)過B1場不均勻性校正后的CSF信號(hào)圖上找到最強(qiáng)的信號(hào)值作為CSF信號(hào)。這里之所以選擇最強(qiáng)信號(hào)值來代表CSF的信號(hào)，是因?yàn)樵谶M(jìn)行CSF圖像掃描時(shí)成像參數(shù)的設(shè)置符合長重復(fù)時(shí)間、短回波時(shí)間的特征，所以采集到的CSF圖像是T2*加權(quán)的圖像，此時(shí)當(dāng)體素完全被CSF占據(jù)時(shí)就應(yīng)該具有最大信號(hào)強(qiáng)度值。根據(jù)計(jì)算得到的CSF信號(hào)值和動(dòng)脈血信號(hào)值之間的關(guān)系(與選取腦白質(zhì)為參考模型類似)就可以計(jì)算得到同等狀態(tài)下的動(dòng)脈血的信號(hào)值，計(jì)算關(guān)系如下：

S_0Blood＝0.93·S_0CSF,其中S_0Blood為完全弛豫狀態(tài)下血液磁化強(qiáng)度對(duì)應(yīng)信號(hào)值，S_0CSF為采集到經(jīng)過校正的CSF信號(hào)值。

通過對(duì)各個(gè)成像層面數(shù)據(jù)實(shí)際采集時(shí)間與標(biāo)記時(shí)間之間延時(shí)的計(jì)算，對(duì)標(biāo)記后的血液信號(hào)再進(jìn)行由于T1弛豫引起的信號(hào)衰減的校正。標(biāo)記延時(shí)的計(jì)算方法如下所示：

T_d(i)＝pld+sld×(i-1),其中T_d(i)為第i層成像平面對(duì)應(yīng)的標(biāo)記時(shí)間延時(shí)，pld為第一層成像層面對(duì)應(yīng)的標(biāo)記時(shí)間延時(shí),sld為相鄰兩個(gè)成像層面之間數(shù)據(jù)采集對(duì)應(yīng)的時(shí)間延時(shí)；最終，計(jì)算各體素內(nèi)腦組織的CBF：

其中α為標(biāo)記效率因子，T_1B為血液T₁弛豫時(shí)間，pcasl為偽連續(xù)動(dòng)脈自選標(biāo)記(pCASL)標(biāo)記脈沖施加時(shí)間長度。在本實(shí)驗(yàn)中都使用標(biāo)記效率α＝1對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行CBF定量計(jì)算，便于進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果間的比較。

圖5示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法采用三次空間編碼得到的頸內(nèi)動(dòng)脈、基底動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈灌注區(qū)域的編碼圖。該標(biāo)記方法需要進(jìn)行三次空間編碼，以區(qū)分頸內(nèi)動(dòng)脈，基底動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈的灌注區(qū)域；左圖A、B和C所示為三次空間編碼方式，藍(lán)色代表被反轉(zhuǎn)，紅色代表弛豫，藍(lán)色豎線和紅色豎線之間的距離代表了編碼波長；右圖是對(duì)應(yīng)于左圖的三個(gè)編碼步驟中各個(gè)血管的標(biāo)記狀態(tài)，E代表頸外動(dòng)脈，R代表右頸內(nèi)動(dòng)脈，L代表左頸內(nèi)動(dòng)脈，B代表基底動(dòng)脈。

本發(fā)明通過提出了一種新型的血管編碼方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)頸內(nèi)外動(dòng)脈的同時(shí)編碼標(biāo)記。通過構(gòu)造一個(gè)新的編碼矩陣,依據(jù)編碼矩陣對(duì)標(biāo)記層面內(nèi)感興趣血管處的相位進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)血管選擇性編碼標(biāo)記的目的，通過對(duì)編碼矩陣的求逆解碼得到頸內(nèi)外動(dòng)脈血管的灌注區(qū)域，從而反映頸內(nèi)及頸外側(cè)支循環(huán)的形成狀態(tài)。

編碼矩陣的構(gòu)造基本上有兩方面的要求：首先構(gòu)造出的矩陣是可以被實(shí)現(xiàn)的，也就是說，設(shè)計(jì)出的矩陣需要符合實(shí)際血管的幾何構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)，并且不違背絕熱翻轉(zhuǎn)脈沖的條件。其次，設(shè)計(jì)出的矩陣必須為滿秩矩陣，否則不能求逆。

為了將左右頸內(nèi)動(dòng)脈，椎動(dòng)脈以及頸外動(dòng)脈的血液灌注區(qū)域區(qū)分清楚，本發(fā)明需要實(shí)施三次不同的空間編碼方式。新構(gòu)造的編碼方式如圖5所示，左圖A、B和C所示為三次空間編碼方式，藍(lán)色代表被反轉(zhuǎn)，紅色代表弛豫，藍(lán)色豎線和紅色豎線之間的距離代表了編碼波長；右圖是對(duì)應(yīng)于左圖的三個(gè)編碼步驟中各個(gè)血管的標(biāo)記狀態(tài)，R代表右頸內(nèi)動(dòng)脈，L代表左頸內(nèi)動(dòng)脈，B代表基底動(dòng)脈，E代表頸外動(dòng)脈。

圖5左圖中所示掃描A代表第一個(gè)空間編碼步驟，在頸內(nèi)動(dòng)脈的水平方向上施加編碼梯度，編碼波長(完全反轉(zhuǎn)與相鄰?fù)耆谠ブg的距離)為兩根頸內(nèi)動(dòng)脈之間的距離。此時(shí)，右頸內(nèi)動(dòng)脈處的磁化矢量處于完全反轉(zhuǎn)，左頸內(nèi)動(dòng)脈處的磁化矢量處于完全馳豫狀態(tài)。由于絕熱翻轉(zhuǎn)脈沖的連續(xù)性特性以及此層面血管的幾何位置特征(頸內(nèi)動(dòng)脈與同側(cè)頸外動(dòng)脈之間的距離約為兩個(gè)頸內(nèi)動(dòng)脈之間距離的一半)，可以估測出椎動(dòng)脈處以及頸外動(dòng)脈處的磁化矢量約為飽和狀態(tài)。然而在實(shí)際中，由于磁場的不穩(wěn)定性，或者標(biāo)記脈沖的偏差，血管幾何位置的不規(guī)整等原因，都可能會(huì)導(dǎo)致以上兩處的磁化矢量并非完全處于飽和狀態(tài)。

掃描B代表第二個(gè)空間編碼步驟，此時(shí)空間編碼梯度的施加方向與編碼步驟A相同，不同的是編碼波長發(fā)生了改變。在該編碼步驟中，設(shè)定右頸內(nèi)動(dòng)脈處的磁化矢量為完全弛豫，而左右頸內(nèi)動(dòng)脈的中心位置即椎動(dòng)脈處的磁化矢量為完全反轉(zhuǎn)狀態(tài)，由此可以推斷出左頸內(nèi)動(dòng)脈處的磁化矢量方向和右頸內(nèi)動(dòng)脈處的磁化矢量方向保持一致，為完全弛豫狀態(tài)；而兩側(cè)的頸外動(dòng)脈處磁化矢量的方向同椎動(dòng)脈處的磁化矢量方向保持一致，為完全反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

掃描C代表第三個(gè)空間編碼步驟，此時(shí)編碼梯度的施加方向與前兩個(gè)步驟垂直。通過合適的編碼波長的設(shè)計(jì)，設(shè)定左右頸內(nèi)動(dòng)脈和左右頸外動(dòng)脈共同處于完全馳豫狀態(tài)，只有椎動(dòng)脈處的磁化矢量處于完全反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

因此新的編碼矩陣構(gòu)造如下所示：

圖6示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法的三次編碼掃描步驟及解碼結(jié)果的灌注圖；圖6(a)、(b)、(c)顯示的是三次編碼掃描步驟得到的灌注圖；圖(d)為綜合了前三次編碼步驟得到的解碼結(jié)果。圖7示出了三次編碼步驟中的標(biāo)記效率。在標(biāo)記效率直方圖中，藍(lán)色曲線代表實(shí)際的標(biāo)記血管被反轉(zhuǎn)的效率，紅色曲線代表經(jīng)過高斯濾波后的標(biāo)記效率。

本發(fā)明人期望每根感興趣血管在每個(gè)編碼步驟中都處于完全反轉(zhuǎn)、完全弛豫或者完全飽和的狀態(tài)。而在實(shí)際掃描過程中，由于血管幾何位置以及血流速度分布的不同，這種理想的編碼狀況并不能實(shí)現(xiàn)。為了保證解碼結(jié)果的準(zhǔn)確性，本發(fā)明需要對(duì)血管編碼掃描時(shí)的實(shí)際標(biāo)記效率進(jìn)行測量，并以此修正編碼矩陣。

在編碼過程的前兩個(gè)周期采集的是非選擇性動(dòng)脈標(biāo)記技術(shù)的標(biāo)記像和對(duì)照像的數(shù)據(jù)，所以全腦的灌注圖像(即非選擇性灌注信號(hào)強(qiáng)度)可以從這兩步計(jì)算得到。然后，計(jì)算血管編碼掃描時(shí)的灌注信號(hào)強(qiáng)度與全腦非選擇性灌注信號(hào)強(qiáng)度的比值，并繪制所得比值的分布直方圖。利用高斯函數(shù)擬合得到該直方圖上的極點(diǎn)，作為每根標(biāo)記血管的真實(shí)標(biāo)記效率，并被用于修正編碼矩陣。以一位健康志愿者的數(shù)據(jù)為例，修正后的編碼矩陣變?yōu)椋?/p>

圖8示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法的解碼得到頸內(nèi)外動(dòng)脈的灌注區(qū)域示意圖。對(duì)修正后的編碼矩陣進(jìn)行求逆運(yùn)算，通過求解編碼矩陣A的逆矩陣A^-1，以解碼得到各血管的灌注區(qū)域。

圖9示出了無創(chuàng)檢測頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)的方法的腦血流量定量計(jì)算流程圖。在進(jìn)行CBF定量時(shí)，發(fā)明人除了需要采集灌注圖像數(shù)據(jù)，還需要采集磁場不均勻性的數(shù)據(jù)MinContrast圖以及腦脊液的數(shù)據(jù)，其中CSF的數(shù)據(jù)是用于計(jì)算CBF定量時(shí)所需要的血液信號(hào)的。針對(duì)每一個(gè)灌注區(qū)域，定量方法是相同的。

表1示出了動(dòng)脈閉塞患者手術(shù)前后的頸內(nèi)外側(cè)支循環(huán)定量檢測情況。通過灌注區(qū)域的變化可以反映側(cè)支循環(huán)的形成情況：當(dāng)搭橋手術(shù)成功后，可見頸外動(dòng)脈來源側(cè)支循環(huán)的形成。

表1

盡管本發(fā)明已進(jìn)行了一定程度的描述，明顯地，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可進(jìn)行各個(gè)條件的適當(dāng)變化?？梢岳斫?，本發(fā)明不限于所述實(shí)施方案，而歸于權(quán)利要求的范圍，其包括所述每個(gè)因素的等同替換。