CN109820506A - 基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法及装置 - Google Patents

基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法及装置，所述方法包括：建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度；分别选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像，并分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度；调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标。本发明基于磁共振弥散成像，并通过选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像来计算出组织血管密度指标，与现有技术相比，无需注射造影剂，降低了成本，避免对组织血管进行伤害，提高了效率。

Description

基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法及装置
技术领域
本发明涉及磁共振弥散成像及血管密度指标评估技术领域，尤其涉及的是一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法及装置。
背景技术
临床医学中，无创性测量组织血管密度有重要应用价值。目前，临床上一般使用在组织血管成像过程中注射造影剂来观察组织血管密度。成像方式可以是磁共振、X-线、CT、超声以及同位素扫描等。通过成像过程中检测到的局部造影剂密度越高或者注射以后组织局部造影剂密度上升越快，来提示该局部的血供丰富或者血管密度高。但是，造影剂对组织血管存在种种潜在的副作用，且X-线、CT以及同位素扫描等还有放射线，对组织血管存在一定的创伤，并且，上述方法在成像过程中还需要快速动态扫描，增加了扫描及成像时间，效率降低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法及装置，旨在解决现有技术中对于组织血管密度评估都是在成像过程中注射造影剂来观察组织血管密度，造成对组织血管的创伤等问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其中，所述方法包括：
建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度；
分别选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像，并分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度；
调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标。
所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其中，所述b值为非0时的图像包括b值为不大于5s/mm2的图像。
所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其中，所述建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度的步骤，还包括：
通过MRI扫描仪在每个b值处进行多次弥散成像磁共振扫描，并采集每次扫描的图像信号，并取平均来标识该b值处的图像信号。
所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其中，所述分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度的步骤，包括：
从b值为0时的图像以及b值非0时的图像中分别确定感兴趣区域，并从b值为0时的图像的感兴趣区域中测量信号强度，以及从b值为非0时的图像的感兴趣区域中测量信号强度。
所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其中，所述调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标的步骤，包括：
调用预设的计算分析流程，并将获取到的信号强度输入至计算分析流程中，通过所述计算分析流程中预设的计算公式获取到的信号强度进行计算分析，输出组织血管密度指标。
所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其中，所述组织血管密度指标包括：组织血管密度指标以及相对组织血管密度。
所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其中，所述计算公式包括：组织血管密度指标=(Sb0-SbX)/（感兴趣区面积）；相对组织血管密度= (Sb0-SbX)/（SbX）或者(Sb0-SbX)/(Sb0)；其中，Sb0表示的是b值为0时的图像的感兴趣区域中的信号强度；SbX表示的是b值为非0时的图像的感兴趣区域中的信号强度。
所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其中，所述组织血管密度指标=(Sb0-SbX)/（像素面积）。
一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测装置，其中，所述装置包括：
扫描成像模块，用于建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度；
图像信号强度获取模块，用于分别选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像，并分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度；
计算分析模块，用于调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标。
所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测装置，其中，所述b值为非0时的图像包括b值为不大于5 s/mm2的图像。
本发明的有益效果：本发明基于磁共振弥散成像，并通过选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像来计算出组织血管密度指标，与现有技术相比，无需注射造影剂，降低了成本，避免对组织血管进行伤害，提高了效率。
附图说明
图1是本发明提供的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法的较佳实施例的流程图。
图2是肝脏的磁共振弥散成像以及感兴趣区域放置的示意图。
图3是肝脏的磁共振弥散成像的实质信号随b值的衰减关系示意图。
图4是本发明提供的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测装置的功能原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，可以应用于智能终端中。其中，智能终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、手机等。本发明的智能终端采用多核处理器。其中，智能终端的处理器可以为中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU），图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）、视频处理单元（Video Processing Unit，VPU）等中的至少一种。
由于现有技术中对于组织血管密度的测量方法均是通过在成像过程中加入造影剂来观察组织血管密度的。但是，由于注射造影剂，不但会对组织血管造成副作用，而且还增加了成本。因此，本实施例中提供一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，该方法无需使用造影剂，并且磁共振弥散成像提供丰富的组织信号对比且没有反射性，不会对组织血管造成创伤，并且成像快速。具体地，如图1所示，本实施例中的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标的检测方法包括以下步骤：
步骤S100、建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度；
步骤S200、分别选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像，并分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度；
步骤S300、调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标。
通过磁共振弥散成像可以用来观察器官组织血管内水分子的运动速度，由于组织血管在外加弥散成像梯度磁场后，水分子的运动速度越快，图像信号下降越多；快速移动的水分子的体量越多，图像信号下降越多，基于这个原理即可对组织血管的密度指标进行评估。这个外加弥散成像梯度磁场采用b 值来表示，单位为s/mm2(秒/平方毫米)。b值越大，梯度磁场强度越高，图像信号下降也越多。组织内的水分子的运动速度包括血管结构内的快速移动的水分子 (血液灌注)及一般细胞内或者细胞间隙中的移位较慢的水分子(弥散)，其中后者由布朗运动引起。在人体的许多器官，比如肝脏，低b值时信号快速下降与组织内的血液灌注导致的快速水分子移位有关。尤其值得注意的是，在b=0s/mm2时（即没有外加弥散成像梯度磁场时），磁共振扫描序列Echo Planar Imaging (EPI)图像上血管(包括微小血管)为高信号，而有外加弥散成像梯度磁场时，即使b=1s/mm2时，图像上血管(包括微小血管)极为低信号。这样，b=0s/mm2的图像与其后低b值图像的信号差异即可以反映该组织的血管密度 (或者血液灌注的丰富程度)。
本实施例中预先设定b值分布，该b值代表弥散成像梯度磁场的强度，然后基于MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像。举例说明，b值设置2个，例如，可以采用b=0，2s/mm2。优选地，在进行成像时，本实施例中可在每一个b值出进行多次弥散成像磁共振扫描，并取激励数或信号平均数大于1(number of excitations or number of signal averaging >1）来标识该b值处的图像信号，克服磁共振弥散成像的不稳定性，从而提高每一个b值所采集到的图像信号的质量。
进一步地，从所有图像信号中筛选出b=0时的图像以及b≠0的图像，从b值为0时的图像以及b值非0时的图像中分别确定感兴趣区域（ROI），并从b值为0时的图像的感兴趣区域中测量信号强度，以及从b值为非0时的图像的感兴趣区域中测量信号强度。当获取到b=0时的图像的感兴趣区域中的信号强度以及b≠0时的图像的感兴趣区域中的信号强度后，本实施例中调用预设的计算分析流程，通过预先设置在计算分析流程中的计算公式来对获取到的信号强度进行计算，从而得到组织血管的密度指标。优选地，本实施例中的计算分析流程是预先通过编程并嵌入至装置中，当装置完成上述信号强度的获取步骤后，就会自动启动计算分析流程，以对信号强度进行分析，保证数据的实时性与准确性，减少误差。优选地，本实施例中的组织血管密度指标包括：组织血管密度指标以及相对组织血管密度，组织血管密度及相对组织血管密度反映组织血液灌注的丰富程度，但与细胞解剖层面的血管密度不一定完全一一对应，因此测量的结果是反映血管密度的相对指标。
进一步地，本实施例中计算分析流程中嵌入的计算公式为组织血管密度指标=(Sb0-SbX)/（感兴趣区面积）；相对组织血管密度= (Sb0-SbX)/（SbX）或者(Sb0-SbX)/(Sb0)；其中，Sb0表示的是b值为0时的图像的感兴趣区域中的信号强度；SbX表示的是b值为非0时的图像的感兴趣区域中的信号强度。通过上述计算公司即可输出组织血管密度指标。优选地，本实施例中SbX可选择为低b值的图像的感兴趣区域的信号强度，较佳为b值为不大于5 s/mm2的图像的感兴趣区域的信号强度，这样更加能够反映组织除血管外的本底信号。也即是说，实际应用时，SbX选用Sb1为最优。当然，实际应用时，采用b=1s/mm2的图像或b=2s/mm2的图像或b=3s/mm2的图像进行计算可以按照不同机器设备采集的图像质量进行调整。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
本实施例中通过磁共振弥散成像无创检测组织血管密度的(相对)指标，无需使用造影剂，在临床上对于了解许多疾病病例生理过程都有重要意义，比如肿瘤，肝脏纤维化等等。比如肝脏纤维化会引起肝脏血管密度下降。肿瘤部位因为组织快速增长一般血管密度增加，而一些有效的治疗以后血管密度会下降，即治疗以后血管密度下降是治疗有效的一种很好的指标。评判活体组织的血管密度对于一些病变的检出、鉴别诊断、治疗疗效评估都有重要意义。具体地，如图2和图3中所示中所示，图2中以肝脏组织为例，图2中的A为b=0的磁共振弥散成像示意图，B为b=1 s/mm2的磁共振弥散成像示意图。结合图3中表示的肝脏实质弥散成像的肝脏实质信号随 b值的衰减关系可以看出，b=0的图像与b=1 s/mm2的图像间信号的大幅度下降，而b=1s/mm2的图像与b=2s/mm2的图像间信号的下降较少。在图2中示出感兴趣区域（图2中的画圆圈的部位），在b=0图像、b=1s/mm2图像的感兴趣区域测量的信号强度分别为 Sb0， Sb1。因此 “组织血管密度”可以按照 (Sb0-Sb1)/(感兴趣区面积)计算，“相对组织血管密度”可以按照(Sb0-Sb1)/Sb1 计算。可知，b=0图像与b=1 s/mm2图像间信号下降幅度越大，组织相对血管密度越高。
进一步参照图3可知，b=0 图像与b=3 s/mm2图像间信号的大幅度下降，而b=3 图像与b=10图像间信号的下降较少。 “组织血管密度” 可以按照 (Sb0-Sb3)/（感兴趣区面积），“相对组织血管密度”可以按照 (Sb0-Sb3)/（Sb3）或者(Sb0-Sb3)/(Sb0) 计算。可知，b=0 图像与b=3 s/mm2图像间信号下降幅度越大，组织相对血管密度越高。
本实施例中提供的一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，无需体内注射如何药物因此完全无创，而且成像速度极快。图像信号采集可以在1分钟之内完成。为了进一步说明本实施例的优势，本实施例以肝脏纤维化磁共振成像举例说明。
检测到的实验数据为：
正常人肝脏 (20位受试者)：血管密度值 26.5(平均)；相对血管密度值 0.18(平均)；
一期肝脏纤维化(11位受试者)：血管密度值 21.7(平均)； 相对血管密度值 0.15(平均)；
四期肝脏纤维化(5位受试者)：血管密度值 12.1(平均)； 相对血管密度值 0.11(平均)。
从上述实施例可知，纤维化肝脏的血管密度值以及相对血管密度值低于正常肝脏，而且纤维化越严重，血管密度值以及相对血管密度值均越低。因此，本发明所提出的检测血管密度值以及相对血管密度值的方法在临床上会有很大应用。任何有血管密度增加或者下降的病变，无论是肝脏或者其他部位的，都可以由本发明提出的血管密度值以及相对血管密度值提供定量指标。
基于上述实施例，本发明还提供一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测装置，如图4中所示。本实施例中的检测装置包括：扫描成像模块410、图像信号强度获取模块420以及计算分析模块430。具体地，扫描成像模块410，用于建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度；图像信号强度获取模块420，用于分别选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像，并分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度；计算分析模块430，用于调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标。
优选地，本实施例中的b值为非0时的图像包括b值为不大于5s/mm2的图像。本实施例中的检测装置可以实现无创检测组织血管的密度指标，成像速度快，并且实现自动检测，提高了效率。
综上所述，本发明公开了基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法及装置，所述方法包括：建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度；分别选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像，并分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度；调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标。本发明基于磁共振弥散成像，并通过选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像来计算出组织血管密度指标，与现有技术相比，无需注射造影剂，降低了成本，避免对组织血管进行伤害，提高了效率。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其特征在于，所述方法包括：
建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度；
分别选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像，并分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度；
调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标。
2.根据权利要求1所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其特征在于，所述b值为非0时的图像包括b值为不大于5s/mm2的图像。
3.根据权利要求1所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其特征在于，所述建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度的步骤，还包括：
通过MRI扫描仪在每个b值处进行多次弥散成像磁共振扫描，并采集每次扫描的图像信号，并取平均来标识该b值处的图像信号。
4.根据权利要求1所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其特征在于，所述分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度的步骤，包括：
从b值为0时的图像以及b值非0时的图像中分别确定感兴趣区域，并从b值为0时的图像的感兴趣区域中测量信号强度，以及从b值为非0时的图像的感兴趣区域中测量信号强度。
5.根据权利要求1所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其特征在于，所述调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标的步骤，包括：
调用预设的计算分析流程，并将获取到的信号强度输入至计算分析流程中，通过所述计算分析流程中预设的计算公式获取到的信号强度进行计算分析，输出组织血管密度指标。
6.根据权利要求5所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其特征在于，所述组织血管密度指标包括：组织血管密度指标以及相对组织血管密度。
7. 根据权利要求6所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其特征在于，所述计算公式包括：组织血管密度指标=(Sb0-SbX)/（感兴趣区面积）；相对组织血管密度= (Sb0-SbX)/（SbX）或者(Sb0-SbX)/（Sb0）；其中，Sb0表示的是b值为0时的图像的感兴趣区域中的信号强度；SbX表示的是b值为非0时的图像的感兴趣区域中的信号强度。
8.根据权利要求7所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测方法，其特征在于，所述组织血管密度指标=(Sb0-SbX)/（像素面积）。
9.一种基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标测量装置，其特征在于，所述装置包括：
扫描成像模块，用于建立b值分布，并基于MRI扫描仪在每个b值处进行弥散成像磁共振扫描，输出每个b值对应的图像，所述b值代表弥散成像梯度磁场的强度；
图像信号强度获取模块，用于分别选取b值为0时的图像以及b值为非0时的图像，并分别获取b值为0时的图像的信号强度以及b值为非0时的图像的信号强度；
计算分析模块，用于调用预设的计算分析流程，对获取到的信号强度进行组织血管密度分析，输出组织血管密度指标。
10. 根据权利要求9所述的基于磁共振弥散成像的组织血管密度指标检测装置，其特征在于，所述b值为非0时的图像包括b值为不大于5 s/mm2的图像。
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