本發(fā)明涉及磁共振波譜，具體涉及一種用于評(píng)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(píng)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(jìn)行血流相關(guān)的能量代謝精細(xì)測(cè)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(dāng)腦部能量代謝提升時(shí)，局域血流量會(huì)升高，葡萄糖消耗增加，對(duì)這兩者進(jìn)行檢測(cè)可以獲得腦能量代謝的信息。當(dāng)前對(duì)于監(jiān)測(cè)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(cè)腦血流變化來間接測(cè)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(cè)腦部乳酸、磷酸肌酸等代謝物的含量來評(píng)估腦部的能量代謝情況。但是，以1h為信號(hào)源的臨床mri/mrsi中圖像會(huì)受到強(qiáng)烈組織背景信號(hào)干擾。此外，由于氧消耗與血流增加在fmri中都表現(xiàn)為信號(hào)增強(qiáng)，因此這兩者難以解耦。fdg-pet可以通過測(cè)量腦部fdg的攝取來評(píng)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(cè)的常規(guī)手段。最重要的是，上述方法都不能進(jìn)行血流與代謝產(chǎn)物的同時(shí)檢測(cè)，而這兩者均受到腦部能量代謝的影響。因此，對(duì)腦能量代謝產(chǎn)物和腦血流量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)腦血流依賴的代謝產(chǎn)物評(píng)估，有望實(shí)現(xiàn)腦部能量代謝的準(zhǔn)確評(píng)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(xì)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(xué)位移范圍（31p:?30?ppm，1h:?5?ppm），且沒有背景信號(hào)干擾，因此相較于1h?mri能夠更好地對(duì)能量代謝產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)。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(hào)，pcr是一種可以立即使用的能量?jī)?chǔ)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(jìn)入肺泡，然后穿過肺泡壁進(jìn)入毛細(xì)血管并溶于血液（稱為溶解態(tài)129xe），隨血流運(yùn)送到全身。由于129xe圖像沒有背景信號(hào)干擾，因此天然具有評(píng)估腦部灌注信息的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)δX部能量代謝相關(guān)的腦部血流改變進(jìn)行有效檢測(cè)。

4、綜上，結(jié)合31p的能量代謝物檢測(cè)優(yōu)勢(shì)與129xe血流灌注檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)代謝物，血流改變的同時(shí)測(cè)量，對(duì)于獲得腦血流依賴的代謝產(chǎn)物改變，準(zhǔn)確評(píng)估腦部能量代謝具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

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

3、一種用于評(píng)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(cè)區(qū)域的31p化學(xué)位移波譜成像數(shù)據(jù)；采集n組受試者的待測(cè)區(qū)域的129xe化學(xué)位移波譜成像數(shù)據(jù)；

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

6、步驟3、對(duì)受試者進(jìn)行刺激后，重復(fù)步驟1~2，獲得刺激后的受試者的待測(cè)區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學(xué)位移波譜圖像與刺激后的待測(cè)區(qū)域的血紅細(xì)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(xué)位移波譜圖像和血流灌注效率圖像計(jì)算受試者的待測(cè)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(xué)位移波譜成像數(shù)據(jù)和129xe化學(xué)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(jìn)行31p同步化學(xué)位移波譜成像序列和129xe同步化學(xué)位移波譜成像序列掃描，獲得31p化學(xué)位移波譜成像數(shù)據(jù)和129xe化學(xué)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(hào)濾波器連接，129xe信號(hào)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(hào)濾波器連接，31p信號(hào)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(xué)位移波譜成像序列和129xe同步化學(xué)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(yù)損毀部分與數(shù)據(jù)采集部分，預(yù)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(shí)發(fā)射90°脈沖，之后立刻施加損毀梯度gsp將待測(cè)區(qū)域的原有的129xe磁共振信號(hào)與31p磁共振信號(hào)飽和，數(shù)據(jù)采集部分內(nèi)，31p同步化學(xué)位移波譜成像序列和129xe同步化學(xué)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(shí)發(fā)射90°脈沖與小角度脈沖；經(jīng)編碼梯度genc后，分別進(jìn)行31p?磁共振信號(hào)與129xe磁共振信號(hào)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(xué)位移波譜圖像與血流灌注效率圖像基于以下步驟計(jì)算：

15、步驟2.1、根據(jù)31p化學(xué)位移波譜成像數(shù)據(jù)sp?(i)與129xe化學(xué)位移波譜成像數(shù)據(jù)sxe(i)，獲得31p化學(xué)位移波譜圖像ip(i)與129xe化學(xué)位移波譜圖像ixe(i)，再通過對(duì)31p化學(xué)位移波譜圖像ip(i)與129xe化學(xué)位移波譜圖像ixe(i)的每個(gè)像素內(nèi)的波譜進(jìn)行分峰擬合，獲得磷酸肌酸的化學(xué)位移波譜圖像ipcr(i)與血紅細(xì)胞的化學(xué)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(xué)位移波譜圖像ipcr(i)進(jìn)行平均，獲得磷酸肌酸的平均化學(xué)位移波譜圖像；將待測(cè)區(qū)域的血紅細(xì)胞的化學(xué)位移波譜圖像irbc(i)根據(jù)如下公式進(jìn)行逐點(diǎn)擬合，得到血流灌注效率v與信號(hào)常數(shù)因子s0，

17、，

18、其中，tr是數(shù)據(jù)采集部分的重復(fù)時(shí)間，s(itr)是irbc(i)的像素信號(hào)強(qiáng)度，α是129xe同步化學(xué)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(xué)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(xué)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(cè)區(qū)域的血流灌注效率圖像irbc_v1進(jìn)行圖像剪裁與插值至與待測(cè)區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學(xué)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(cè)區(qū)域的血流灌注效率圖像irbc_v2進(jìn)行圖像剪裁與插值至與刺激后的受試者的待測(cè)區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學(xué)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(píng)估血流依賴能量代謝的多核磁共振裝置，包括：

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

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

25、能量代謝參數(shù)圖計(jì)算模塊：用于根據(jù)刺激前后的磷酸肌酸的平均化學(xué)位移波譜圖像和血流灌注效率圖像計(jì)算受試者的待測(cè)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(jì)算模塊中，

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

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

29、，

30、其中，tr是數(shù)據(jù)采集部分的重復(fù)時(shí)間，s(itr)是irbc(i)的像素信號(hào)強(qiáng)度，α是129xe同步化學(xué)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(jì)算模塊中，

32、刺激前的磷酸肌酸的平均化學(xué)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(xué)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(cè)區(qū)域的血流灌注效率圖像irbc_v1進(jìn)行圖像剪裁與插值至與待測(cè)區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學(xué)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(cè)區(qū)域的血流灌注效率圖像irbc_v2進(jìn)行圖像剪裁與插值至與刺激后的受試者的待測(cè)區(qū)域的磷酸肌酸的平均化學(xué)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(diǎn)：

36、1、通過設(shè)計(jì)31p/129xe同步收發(fā)射頻線圈，以及相關(guān)控制電路，實(shí)現(xiàn)31p/129xe磁共振信號(hào)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(hào)特點(diǎn)，在一個(gè)序列中實(shí)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(duì)129xe?磁共振波譜成像獲得的血流灌注響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行歸一化，獲得血流依賴的能量代謝改變。