[發明專利]一種基于磁共振成像的無創動態測量肌肉氧攝取率的方法

在審

• 申請號: 201510577095.8
• 申請日: 2015-09-13
• 公開（公告）號: CN105686828A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 王成彥;張銳;王鶴;金立新;王霄英;張玨;方競
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: A61B5/055
• 分類號: A61B5/055
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于功能磁共振成像技術領域，具體是一種結合了下肢短暫缺血模型和磁 共振動態R2’測量技術，并通過一個經驗關系對R2’動態曲線做校準無創動態得到肌肉氧攝 取率變化圖的方法。

背景技術

骨骼肌的無創氧消耗和代謝測量在很多領域有著非常重要的應用。一種準確、可 重復和無創的定量骨骼肌氧消耗的技術是科研和臨床工作者關注的焦點，并將在肌肉病生 理功能研究和診斷中發揮著十分重要的作用。

目前，很多成像模態已經被用于肌肉氧消耗定量中。通常而言，基于改進的電極技 術的經皮氧分壓方法已經被廣泛用于下肢淺表組織的缺血診斷中。但是這種技術受到檢測 深度的限制，只能檢測到皮膚的微血管，從而只能間接反映肌肉的氧代謝情況。最近，近紅 外組織血氧儀(NIRS)技術和正電子發射斷層成像(PET)技術也都被用來測量局部骨骼肌的 氧消耗。然而，NIRS同樣受到穿透深度的限制，而PET因其有輻射和高昂的價格也限制了廣 泛的使用。磁共振成像(MRI)技術以其穿透深度不限、無電離輻射和高空間分辨率的優點在 肌肉氧代謝成像中有著很大優勢。Ogawa等人最早引入了血氧水平依賴成像技術(BOLD)，為 無創測量血流動力學提供可能。由于氧合血紅蛋白脫氧導致了局部出現不均勻進而引起磁 敏感變化，因而縮短了弛豫時間T2*。BOLD技術正是利用這種脫氧血紅蛋白引起的磁敏感變 化來獲得成像對比。由于磁敏感效應引起的細觀磁場不均勻，導致了磁共振信號在T2*弛豫 的基礎上有更快的信號衰減，而這種磁敏感的大小是由組織特異性的，所以可以提供不同 的空間對比。目前，BOLD技術已經被用于多種任務下的骨骼肌功能成像，包括缺血再灌注任 務、運動任務和氣體刺激任務等。然而，傳統的BOLD技術灌注的更多是定性地觀察變化，而 無法提供定量的信息，因此有必要對其進行改進。

血氧飽和度(%HbO₂)是一個反應組織生理特征的重要指標，這一點在骨骼肌中尤 為關鍵，因為骨骼肌的氧氣供應和消耗是高度耦合的。如我們所知，順磁性的脫氧血紅蛋白 會造成局部磁場不均勻，從而加速T2*衰減。之前有一些研究在做梯度回波(GRE)序列得到 的T2*與NIRS得到的%HbO2的校正。但實際上，R2’在評價組織氧代謝上有更好的特異性，因 為R2’排除了R2*中R2的干擾。Elder等人使用了一個經驗關系從磁共振得到的R2’校正得到 了組織的%HbO₂，得到的結果與NIRS測量結果相關性很好。但是他們的方法存在一些缺陷， 例如在得到R2’的過程中使用了兩次獨立的掃描分別得到T2和T2*，這會導致在計算R2’的 過程中受到測量間生理變化和運動等多種因素的影響，另一方面Elder等人只得到了一個 局部肌肉組織的%HbO2均值，而得到整個肌肉氧攝取率（1-%HbO₂）的map信息往往是更加需 要的。受到這項工作的啟發，我們利用了一種更好的快速動態測量R2’的方法，同時使用校 正后的參數得到了全圖的氧攝取率分布圖。

發明內容

本發明提出了一種結合了下肢短暫缺血模型和磁共振動態R2’測量技術，并通過 一個經驗關系對R2’動態曲線做校準無創動態得到肌肉氧攝取率變化圖的方法。

目前除了NIRS，沒有其它方法可以無創動態地得到組織的氧攝取參數。然而，NIRS 只能給出特定區域組織的整體估值，而不能給出一個分布圖，這樣得到的信息就天然地缺 乏空間分辨率。另一方面，NIRS還受到穿透深度的限制，不能測量深部肌肉的氧代謝情況。 考慮到MRI在空間和時間分辨率上的明顯優勢，本專利希望將上述兩種方法結合起來，達到 動態獲得肌肉氧攝取率分布圖的目的。

在本專利中，我們利用一種改進的周期性移動180°脈沖的多回波非對稱自旋回波 （psMASE）序列結合移動窗估計(ME)策略的方法(psMASE-ME)，能夠快速而準確地獲得R2’， 并且時間分辨率可以達到1-5秒。因為R2’排除了R2的干擾，R2’在評價組織氧代謝上有更好 的特異性，所以在這項專利中，我們利用R2’來跟NIRS得到的%HbO₂做校準。在獲得了動態 R2’數據之后，我們基于經驗公式使用二次擬合的方法將局部ΔR2’與%HbO₂做校正，并進一 步利用這個校正關系式獲得肌肉全圖的動態氧攝取率（1-%HbO₂）信息。整個處理流程如圖1 所示。