CN110192859B - 一种磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法，包含以下计算公式：CEPS指数＝mean(Dx,p,Dx,a)/mean(Dy,p,Dz,a)，本发明是对目前常规的临床磁共振成像，利用本项发明技术和算法进行影像学数据处理和计算，就可实现对人脑类淋巴通路清除效率的定量监测，无需从小脑延髓池注射示踪剂，因此，本发明具有非侵入性、无伤害、方便、易操作的优点，可以应用于临床检测。

Description

一种磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法
技术领域
本发明属于医学影像学领域，具体涉及一种磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法。
背景技术
脑类淋巴系统是通过脑脊液在脑类淋巴通路中的流动，清除脑内代谢废物的系统。脑类淋巴通路包括动脉旁间隙、组织间液和静脉旁间隙，又名血管旁间隙-组织间液通路。现有的定量测量脑类淋巴通路的方法为：从小脑延髓池注射示踪剂使脑脊液显像，利用双光子共聚焦显微镜活体成像或动态对比增强磁共振成像，观察示踪剂在脑类淋巴通路中的代谢情况。
现有方法须从小脑延髓池注射示踪剂，具有侵入性和伤害，只可在实验动物上实现，无法应用于临床检测。因此，寻求一种安全有效的磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法是目前亟待解决的问题
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法，包含以下计算公式：
CEPS指数＝mean(Dx,p,Dx,a)/mean(Dy,p,Dz,a)，
其中，CEPS指数表示人脑类淋巴通路的清除效率(Clearance Efficiency ofPerivascular Space,CEPS)；
mean(Dx,p,Dx,a)表示Dx,p和Dx,a的平均数，Dx,p表示Dxx图上投射纤维区ROI中的平均值，Dx,a表示Dxx图上联合纤维区ROI中的平均值；
mean(Dy,p,Dz,a)表示Dy,p和Dz,a的平均数，Dy,p表示Dyy图上投射纤维区ROI中的平均值，Dz,a表示Dzz图上联合纤维区ROI中的平均值。
进一步地，所述磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法，包括以下步骤：
(1)使用磁共振成像系统，对受试者进行临床常规的头颅磁共振影像学检查，扫描序列包括：T1加权像和弥散张量成像(DTI)；
(2)导出原始DICOM格式数据，使用软件进行格式转换，将DICOM格式转换为NIfTI格式；
(3)使用dMRI数据处理软件进行数据预处理，数据包括：头动涡流矫正、梯度方向矫正、获取大脑mask和张量计算；
(4)使用fslsplit命令拆分张量计算得到的tensor文件，得到分别代表x、y、z轴方向上扩散率的文件，即Dxx、Dyy、Dzz图；
(5)读取步骤(3)得到的彩色分数各向异性图，在侧脑室体水平的投射纤维区和联合纤维区，分别取直径5mm的圆形感兴趣区域(ROI)，使两个感兴趣区域(ROI)圆心所在的直线与中线垂直；
(6)分别计算Dxx图上投射纤维区ROI和联合纤维区ROI中的平均值，记为Dx,p和Dx,a：计算Dyy图上投射纤维区ROI中的平均值，记为Dy,p；计算Dzz图上联合纤维区ROI中的平均值，记为Dz,a；
(7)将步骤(6)所得的数值代入所述公式：CEPS指数＝mean(Dx,p,Dx,a)/mean(Dy,p,Dz,a)，得到人脑类淋巴通路的清除效率。
优选地，所述步骤(1)T1加权像扫描参数为：176axial slices，slice thickness/gap＝1.0/0.5mm，TR＝2530ms，TE＝3.39ms，inversion time(TI)＝900ms，flip angle＝7°，FOV＝256×256mm2；DTI扫描参数为：45axial slices，slice thickness/gap＝3.0/0mm，TR＝8300ms，TE＝86ms，64diffusion directions with b＝1000s/mm2，acquisitionmatrix＝128×128，FOV＝230×230mm2。
优选地，所述步骤(2)进行格式转换的软件为dcm2nii，MRIcro、MRIcroN、FSL中的dcm2nii工具或MRIconvert。
优选地，所述步骤(3)进行数据处理的软件为PANDA、FSL或DTIstudio。
本发明中的ROI定义为感兴趣区域。在图像处理领域，感兴趣区域(ROI)是从图像中选择的一个图像区域，这个区域是图像分析所关注的重点。圈定该区域以便进行进一步处理。使用ROI圈定想读的目标，可以减少处理时间，增加精度。
本发明的有益效果：本发明是对目前常规的临床磁共振成像，利用本项发明技术和算法进行影像学数据处理和计算，就可实现对人脑类淋巴通路清除效率的定量监测，无需从小脑延髓池注射示踪剂，因此，本发明具有非侵入性、无伤害、方便、易操作的优点，可以应用于临床检测。
附图说明
图1为使用dMRI数据处理软件PANDA进行数据预处理参数设置(Pipeline选项)示意图。
图2为使用dMRI数据处理软件PANDA进行数据预处理参数设置(Diffusion选项)示意图。
图3为使用dMRI数据处理软件PANDA进行数据预处理参数设置(Tracking选项)示意图。
图4为color FA图(图中两个圆分别表示在侧脑室体水平的投射纤维区和联合纤维区的圆形感兴趣区域ROI)。
图5为使用本发明方法获得的CEPS指数评估者内重测信度示意图。
图6为使用本发明方法获得的CEPS指数评估者间重测信度示意图。
图7为MMSE评分与CEPS指数的相关性分析示意图。
图8为ADAS-cog评分与CEPS指数的相关性分析示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本发明的具体实施步骤为：
(1)使用西门子3T磁共振成像系统，对受试者进行临床常规的头颅磁共振影像学检查，扫描序列包括：T1加权像和弥散张量成像(DTI)。T1加权像扫描参数为：176axialslices，slice thickness/gap＝1.0/0.5mm，TR＝2530ms，TE＝3.39ms，inversion time(TI)＝900ms，flip angle＝7°，FOV＝256×256mm2。DTI扫描参数为：45axial slices，slice thickness/gap＝3.0/0mm，TR＝8300ms，TE＝86ms，64diffusion directions withb＝1000s/mm2，acquisition matrix＝128×128，FOV＝230×230mm2。
(2)导出原始DICOM格式数据，使用dcm2nii进行格式转换，将DICOM格式转换为NIfTI格式。
(3)使用dMRI数据处理软件PANDA进行数据预处理，包括：头动涡流矫正、梯度方向矫正、获取大脑mask和张量计算，具体分析参数设置如图1、图2和图3所示。
(4)使用fslsplit命令拆分张量计算得到的tensor文件，得到分别代表x、y、z轴方向上扩散率的文件，即Dxx、Dyy、Dzz图。
(5)读取步骤(3)得到的彩色分数各向异性图(color FA图)，在侧脑室体水平的投射纤维区和联合纤维区，分别取直径5mm的圆形感兴趣区域(ROI)，使两个ROI圆心所在的直线与中线垂直(如图4所示)。
(6)分别计算Dxx图上投射纤维区ROI和联合纤维区ROI中的平均值，记为Dx,p和Dx,a；计算Dyy图上投射纤维区ROI中的平均值，记为Dy,p；计算Dzz图上联合纤维区ROI中的平均值，记为Dz,a。
(7)将步骤(6)所得的数值代入以下公式：CEPS指数＝mean(Dx,p,Dx,a)/mean(Dy,p,Dz,a)，得到的数值即代表人脑类淋巴通路的清除效率。其中：mean(Dx,p,Dx,a)表示Dx,p和Dx,a的平均数，即(Dx,p+Dx,a)/2；mean(Dy,p,Dz,a)同理。
实施例2
本发明的具体应用效果的说明：
(1)临床资料：选取11例血管性痴呆患者，年龄50-80岁，经MRI检查证实脑血管病，至少有2个认知领域受损，其认知障碍影响日常生活能力；选取6例血管性轻度认知障碍患者，年龄50-80岁，经MRI检查证实脑血管病，至少有1个认知领域受损，工具性日常生活能力可正常或轻度受损；选取8例正常受试者，年龄50-80岁，经MRI检查无脑血管病证据，无认知功能下降，日常生活能力正常。
(2)方法：受试者进行认知功能测试和头颅磁共振影像学检查。认知功能测试使用的评估量表为简易精神状态检查(MMSE)和阿尔茨海默病评估量表-认知分表(ADAS-cog)；磁共振检查的扫描序列为T1加权像和弥散张量成像。由两位评估者分别对磁共振数据进行人脑类淋巴通路清除效率的分析，其中一位评估者24小时后重复一次分析。采用SPSS 24.0软件进行资料统计与分析，对同一位评估者前后两次的类淋巴通路清除效率的分析结果，进行评估者内重测信度分析；对两位评估者分析结果进行评估者间重测信度分析；重测信度采用组内相关系数(ICC)作为评测指标。对MMSE和ADAS-cog评分与CEPS指数的相关性分析采用Pearson相关。
(3)结果：用磁共振测量人脑类淋巴通路的清除效率得到的CEPS指数的评估者内重测信度为0.957，95％置信区间为0.903-0.981(如图5所示)；评估者间重测信度为0.831，95％置信区间为0.649-0.923(如图6所示)；该指标评估者内和评估者间的重测信度均较高。相关分析结果显示，MMSE评分与CEPS指数显著相关(r＝0.864，P<0.001)(如图7所示)，ADAS-cog评分与CEPS指数显著相关(r＝-0.840，P<0.001)(如图8所示)。
(4)结论：由上述具体实施可知，本发明成功通过磁共振测量了人脑类淋巴通路的清除效率。该技术具备较高的评估者内和评估者间重测信度，客观、定量的实现了对人脑类淋巴通路清除效率的测量。人脑类淋巴通路的清除效率与认知功能显著相关，提示人脑类淋巴通路清除效率可能可以作为血管性认知障碍的一种生物标志物，且是对血管性认知障碍的诊断和疗效评估的完善和补充。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)使用磁共振成像系统，对受试者进行临床常规的头颅磁共振影像学检查，扫描序列包括：T1加权像和弥散张量成像；
(2)导出原始DICOM格式数据，使用软件进行格式转换，将DICOM格式转换为NIfTI格式；
(3)使用dMRI数据处理软件进行数据预处理，数据包括：头动涡流矫正、梯度方向矫正、获取大脑mask和张量计算；
(4)使用fslsplit命令拆分张量计算得到的tensor文件，得到分别代表x、y、z轴方向上扩散率的文件，即Dxx、Dyy、Dzz图；
(5)读取步骤(3)得到的彩色分数各向异性图，在侧脑室体水平的投射纤维区和联合纤维区，分别取直径5mm的圆形感兴趣区域ROI，使感兴趣区域的圆心所在的直线与中线垂直；
(6)分别计算Dxx图上投射纤维区ROI和联合纤维区ROI中的平均值，记为Dx,p和Dx,a：计算Dyy图上投射纤维区ROI中的平均值，记为Dy,p；计算Dzz图上联合纤维区ROI中的平均值，记为Dz,a；
(7)将步骤(6)所得的数值代入公式：CEPS指数＝mean(Dx,p,Dx,a)/mean(Dy,p,Dz,a)，得到人脑类淋巴通路的清除效率；
其中，CEPS指数表示人脑类淋巴通路的清除效率；
mean(Dx,p,Dx,a)表示Dx,p和Dx,a的平均数，Dx,p表示Dxx图上投射纤维区ROI中的平均值，Dx,a表示Dxx图上联合纤维区ROI中的平均值；
mean(Dy,p,Dz,a)表示Dy,p和Dz,a的平均数，Dy,p表示Dyy图上投射纤维区ROI中的平均值，Dz,a表示Dzz图上联合纤维区ROI中的平均值。
2.如权利要求1所述的磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法，其特征在于，所述步骤(1)T1加权像扫描参数为：176axial slices，slice thickness/gap＝1.0/0.5mm，TR＝2530ms，TE＝3.39ms，inversion time(TI)＝900ms，flip angle＝7o，FOV＝256×256mm2；DTI扫描参数为：45axial slices，slice thickness/gap＝3.0/0mm，TR＝8300ms，TE＝86ms，64diffusion directions with b＝1000s/mm2，acquisition matrix＝128×128，FOV＝230×230mm2。
3.如权利要求1所述的磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法，其特征在于，所述步骤(2)进行格式转换的软件为dcm2nii，MRIcro、MRIcroN、FSL中的dcm2nii工具或MRIconvert。
4.如权利要求1所述的磁共振测量人脑类淋巴通路清除效率的方法，其特征在于，所述步骤(3)进行数据处理的软件为PANDA、FSL或DTIstudio。
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