CN111407278B - 利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法及装置 - Google Patents

利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法及装置。该方法包括以下步骤：首先，基于自旋回波扩散加权序列，通过极性相同的双极性梯度场，构建流速补偿(FC)的扩散加权序列；其次，使用极性镜像对称的双极性梯度场构建非流速补偿(NC)的扩散加权序列；然后，分别采用FC和NC序列对孕妇胎盘测量多b值的体素内非相关运动(IVIM)信号；最后，建立FC‑NC联合模型，拟合估计弹道型血液微循环流的比例和流速，以及组织水的扩散率。与临床上常规使用的IVIM成像方式相比，本方法细化了微循环血流中的弹道型成分和扩散型成分，提出了新的IVIM量化指标，能够定量说明胎盘中两种微循环在胎儿‑胎盘灌注系统中的作用。

Description

利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法及 装置
技术领域
本申请涉及磁共振技术领域，尤其涉及弥散磁共振成像序列和建模领域。
背景技术
基于弥散磁共振的体素内非相干成像(IVIM)技术可以无创地揭示生物组织中关于毛细血管和小血管中微循环血流的信息，并提供了定量的评估指标，例如微循环中血液相对于组织水的比例(f)、微循环的扩散率(D*)以及组织水的扩散率(D)。IVIM技术已被广泛应用于人体组织器官的微循环灌注状态评估，包括大脑、肝脏、肾脏、乳腺、胎盘等。其中，IVIM在胎盘成像中的应用越来越受到关注，因为胎盘的灌注情况不能通过常规的动态增强磁共振(DCE) 得到，而多普勒超声也仅能测量脐带或子宫动静脉的血流。前期研究已经证明通过胎盘IVIM技术可有效检测宫内发育受限、子痫、小于胎龄儿、先天性心脏病等产前疾病。
然而常规的IVIM仅能对微循环血液的比例和扩散率做笼统的计算且对血流速度未有精确的测量方法。已知IVIM模型由三个部分组成，即组织水、通过多个血管段的微循环流(扩散极限)和保留在一段或少数几个血管段中的微循环流 (弹道极限)。传统的IVIM成像使用单极或双聚焦的扩散敏化梯度，属于非流动补偿(NC)梯度，因此，常规测量的IVIM效应包含扩散型和弹道型微循环血流。具有流速补偿(FC)梯度的扩散磁共振成像序列的一阶动量为0，对弹道型微循环流不敏感，可用于分离血流和组织水扩散的影响。
本发明联合使用FC和NC扩散梯度波形来具体测量胎盘中弹道型血流的比例和速度。另外，传统IVIM模型中的f·D*已经被提出作为脑血流的近似，它是基于扩散型血流的概念推导出来的。因此，有必要将这两种流速测量方法做一系统的比较，并将它们与多普勒超声的测量结果对比，研究它们在胎儿-胎盘血循环中的作用。
发明内容
为了克服现有IVIM方法的存在的不足，本发明提出了一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法，得到弹道型微循环流的比例和流速，细化IVIM模型中的微循环参数估计。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供了一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法，其包括以下步骤：
S1：在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加相同的双极性梯度场，构建流速补偿(FC)的扩散加权序列；
S2：在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加镜像对称的双极性梯度场，构建非流速补偿(NC)的扩散加权序列；
S3：针对若干不同的扩散敏感系数b值，在每个b值下分别采用流速补偿(FC) 的扩散加权序列和非流速补偿(NC)的扩散加权序列获取待测的孕妇胎盘的 IVIM信号；
S4：利用不同b值下得到的两种序列下的IVIM信号数据，对FC-NC信号的联合模型进行拟合，估计得到弹道型微循环流的比例f和流速vb、和组织中水分子的扩散系数Dt；所述FC-NC信号的联合模型由NC信号模型和FC信号模型联合而成，形式为：
Figure BDA0002433283250000021
Figure BDA0002433283250000022
其中S和S0分别是b值下的弥散加权信号和非扩散加权信号，f是弹道型微循环流的比例，Dt是组织中水分子的扩散系数，Db是血液中水分子的扩散系数， vb是弹道型微循环流流速的量度，α是扩散编码梯度场的一阶矩。
基于上述第一方面的方案，各步骤还可以进一步提供以下优选的实现方式。需要注意的是，各优选方式中的技术特征在没有冲突的情况下均可进行相互组合。当然这些优选方式也可以通过其他能够实现相同技术效果的方式实现，不构成限制。
作为优选，所述的S1中，流速补偿(FC)的扩散加权序列构建方法为：在自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个第一双极扩散梯度，同时在180°重聚焦脉冲之后施加一个与第一双极扩散梯度相同的第二双极扩散梯度，实现流速补偿梯度；第一双极扩散梯度和第二双极扩散梯度的一阶矩为零；在第二双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集。
作为优选，所述的S2中，非流速补偿(NC)的扩散加权序列构建方法为：在另一条自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个与所述第一双极扩散梯度相同的第三双极扩散梯度，同时在180°重聚焦脉冲之后施加一个与第三双极扩散梯度镜像对称的第四双极扩散梯度，实现非流速补偿梯度；第三双极扩散梯度和第四双极扩散梯度的一阶矩为非零；在第四双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集。
作为优选，所述的S3中，b值选择覆盖10-600s/mm2范围的多个数值点，且每个b值下分别在6个扩散方向采集流速补偿和非流速补偿的IVIM信号。
作为优选，所述的S4中，血液中水分子的扩散系数Db可以设置为1.5μm2/ms。
作为优选，所述的S4中，在进行拟合之前，需要首先对不同b值下采集的扩散加权图像进行多次迭代的线性配准，校正由于母体或胎儿运动导致的运动伪影，并将流速补偿和非流速补偿的IVIM信号之间进行配准。
作为优选，FC-NC信号的联合模型可以采用最小二乘非线性曲线拟合。
第二方面，本发明提供了一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其包括：
FC序列构建模块：用于在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加相同的双极性梯度场，构建流速补偿(FC)的扩散加权序列；
NC序列构建模块：用于在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加镜像对称的双极性梯度场，构建非流速补偿(NC)的扩散加权序列；
IVIM信号获取模块：用于针对若干不同的扩散敏感系数b值，在每个b值下分别采用流速补偿(FC)的扩散加权序列和非流速补偿(NC)的扩散加权序列获取待测的孕妇胎盘的IVIM信号；
以及联合模型参数估计模块：用于利用不同b值下得到的两种序列下的 IVIM信号数据，对FC-NC信号的联合模型进行拟合，估计得到弹道型微循环流的比例f和流速vb、和组织中水分子的扩散系数Dt；所述FC-NC信号的联合模型由NC信号模型和FC信号模型联合而成，形式为：
Figure BDA0002433283250000041
Figure BDA0002433283250000042
其中S和S0分别是b值下的弥散加权信号和非扩散加权信号，f是弹道型微循环流的比例，Dt是组织中水分子的扩散系数，Db是血液中水分子的扩散系数， vb是弹道型微循环流流速的量度，α是扩散编码梯度场的一阶矩。
基于上述第二方面的方案，各模块还可以进一步提供以下优选的实现方式。需要注意的是，各优选方式中的技术特征在没有冲突的情况下均可进行相互组合。当然这些优选方式也可以通过其他能够实现相同技术效果的方式实现，不构成限制。
作为优选，所述的FC序列构建模块中，流速补偿(FC)的扩散加权序列构建方法为：在自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个第一双极扩散梯度，同时在180°重聚焦脉冲之后施加一个与第一双极扩散梯度相同的第二双极扩散梯度，实现流速补偿梯度；第一双极扩散梯度和第二双极扩散梯度的一阶矩为零；在第二双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集。
作为优选，所述的NC序列构建模块中，非流速补偿(NC)的扩散加权序列构建方法为：在另一条自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个与所述第一双极扩散梯度相同的第三双极扩散梯度，同时在 180°重聚焦脉冲之后施加一个与第三双极扩散梯度镜像对称的第四双极扩散梯度，实现非流速补偿梯度；第三双极扩散梯度和第四双极扩散梯度的一阶矩为非零；在第四双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集。
作为优选，所述的IVIM信号获取模块中，b值选择覆盖10-600s/mm2范围的多个数值点，且每个b值下分别在6个扩散方向采集流速补偿和非流速补偿的 IVIM信号。
作为优选，所述的IVIM信号获取模块中，血液中水分子的扩散系数Db可以设置为1.5μm2/ms。
作为优选，所述的联合模型参数估计模块中，在进行拟合之前，需要首先对不同b值下采集的扩散加权图像进行多次迭代的线性配准，校正由于母体或胎儿运动导致的运动伪影，并将流速补偿和非流速补偿的IVIM信号之间进行配准。
作为优选，FC-NC信号的联合模型可以采用最小二乘非线性曲线拟合。
第三方面，本发明提供了一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上述第一方面中任一项方案所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现第一方面中任一项方案所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法。
相对于现有技术，本发明具有以下特点：提出了一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法，设计FC和NC梯度的扩散加权序列，建立 FC-NC信号的联合模型，首次得到血液微循环中弹道型血液的流速信息。与临床上常规使用的IVIM成像方式相比，本方法提出的模型细化了微循环血流中的弹道型成分和扩散型成分，并联合使用FC和NC序列采集信号，特定性地获取弹道型微循环流的比例和流速。弹道型微循环流流速与与多普勒超声测量的脐带动脉流存在较好的线性相关性，可能成为胎盘血液灌注定量测量的有用指标。
附图说明
图1是流速补偿(FC)和非补偿(NC)梯度编码序列的时序图。
图2是采用FC和NC扩散加权序列测得的IVIM信号曲线在脐带动脉流低和高的两个胎盘中的表现模式，以及通过FC-NC联合模型拟合得到的f图和vb图。
图3是弹道型微循环流速vb，以及从FC和NC数据中分别拟合得到的f·D* 参量与脐带动脉多普勒超声得到的收缩/舒张比和搏动指数之间的相关性。
图4是弹道型微循环流速vb，以及从FC和NC数据中分别拟合得到的f·D* 参量与胎龄之间的相关性。
具体实施方式
下面基于本发明提出的方法结合实施例展示其具体的技术效果，以便本领域技术人员更好地理解本发明的实质。
在本发明的一种较优实现方式中，利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法包括以下步骤：
步骤一：构建流速补偿的扩散加权序列，记为FC序列。
本步骤具体参见图1，图中(A)所示即为本发明的FC序列时序图，其具体构建方法为：在自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个双极扩散梯度(bipolar，记为第一双极扩散梯度)。第一双极扩散梯度中单个扩散梯度的长度，即扩散时间设置为15ms。接着在180°重聚焦脉冲后，施加一个与第一双极扩散梯度相同的双极扩散梯度(记为第二双极扩散梯度)，来实现流速补偿。两个双极扩散梯度呈中心对称，其时序极性相同，即 180°脉冲前后一对双极梯度的一阶矩(一阶动量总和)为零。然后，在第二双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集，实现图像的读出。
步骤二：构建非流速补偿的扩散加权序列，记为NC序列。
本步骤具体参见参见图1，图中(B)所示即为本发明的NC序列时序图，其具体构建方法为：在一条自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个双极扩散梯度(记为第三双极扩散梯度)，同时在180°重聚焦脉冲之后施加另一个双极扩散梯度(记为第四双极扩散梯度)。第三双极扩散梯度应当与FC序列中的第一双极扩散梯度相同，而第四双极扩散梯度则与第三双极扩散梯度镜像对称。第三双极扩散梯度和第四双极扩散梯度的极性是不同的，两者以180°重聚焦脉冲位置为中心呈镜像对称，因此该梯度编码方式的一阶矩为非零。同样的，在第四双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集，实现图像的读出。
步骤三：在不同的b值下(扩散敏感系数)，分别采用FC序列和NC序列获取待测的孕妇胎盘的IVIM信号。
本步骤具体可在1.5T磁共振成像仪上，对孕妇胎盘进行矢状位扫描。分别基于FC和NC梯度的扩散加权序列，采集9个b值(10,20,50,100,150,200,300, 500,800s/mm2)和每个b值下分别6个扩散方向的扩散加权信号采集(每个b 值下都应采集FC和NC序列分别测得的IVIM信号)。
步骤四：建立FC-NC信号的联合模型。
假设血管中流速的分布遵循高斯分布，考虑弹道型微循环流成分和组织水成分，利用不同b值下得到的NC和FC两种序列下的IVIM信号数据，可以由NC 信号模型和FC信号模型联合得到FC-NC信号联合模型，表示如下：
Figure BDA0002433283250000071
(NC信号模型)
Figure BDA0002433283250000072
(FC信号模型)
其中S和S0分别是特定b值下的弥散加权信号和非扩散加权信号，f是弹道型微循环流的比例，Dt是组织中水分子的扩散系数，Db是血液中水分子的扩散系数(Db设置为1.5μm2/ms)，vb是弹道型微循环流流速的量度，α是扩散编码梯度场的一阶矩(FC序列中，α＝0)。通过FC-NC的联合模型，可对未知参量 f、Dt和vb进行拟合。注意，扩散型的微循环成分不包括在当前模型中，因为在 15毫秒的扩散时间下，血液中水分子的扩散距离约为9.5m，这与末端绒毛中的血管段相比是相对较长的距离，故忽略跨越多个血管段的扩散型微循环流。
在进行上述拟合之前，需要首先对不同b值下采集的扩散加权图像进行多次迭代的(6～10次)线性配准，校正由于母体或胎儿运动导致的运动伪影，并将 FC与NC两组数据之间进行配准。然后基于上述公式，对FC和NC数据进行最小二乘非线性曲线拟合，得到FC-NC信号联合模型的模型参数f、Dt和vb，此步骤在MATLAB中通过信赖域的优化算法实现。人工在胎盘图像上刻画感兴趣区域，排除拟合的异常值，得到ROI的均值做为个体的f、Dt和vb测量。
通过上述步骤一～步骤四，本发明的方法可以利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流信息，单独得到血液微循环中弹道型血液的比例、流速，用于细化微循环血流中的弹道型成分和扩散型成分。由于f·D*已经被提出作为脑血流的近似，它是基于扩散型血流的概念推导出来的。因此，有必要将这两种流速测量方法做一系统的比较，并将它们与多普勒超声的测量结果对比，研究它们在胎儿-胎盘血循环中的作用。其做法如步骤五：
步骤五：针对FC和NC序列得到的IVIM信号，分别采用常规的双指数IVIM 模型
Figure BDA0002433283250000073
进行拟合。首先采用分段拟合的方法得到f、D、D*的近似值，作为非线性拟合的初始值和边界值，然后进行最小二乘非线性曲线拟合，分别得到基于FC和NC序列微循环血比例f，微循环血的扩散率D和组织水的扩散率D*，并将FC序列下得到的f·D*参量近似作为扩散型微循环流的流速量度。
下面基于上述方法的步骤一到五，结合实施例对其技术效果进行展示，以便本领域技术人员更好地理解本发明的实质。
实施例
本实验在1.5T MAGNETOM Aera磁共振成像系统(Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)上实现了FC和NC梯度的扩散加权序列，采用18通道体线圈进行。经患者同意并经当地机构审查委员会批准，40名孕妇(孕22.7至38 周)被纳入研究。通过FC和NC序列采集IVIM数据，其采集视场为350×350 mm2，层面内分辨率为2.73×2.73mm2，层厚6mm，沿矢状方向采10层，使用 9个b值(10-600s/mm2)，6个扩散方向，一个信号平均值，加速因子为2的 GRAPPA，FC和NC序列的扫描时间各为2.5分钟。
IVIM图像首先通过多次迭代仿射配准的方法在各个扩散加权图像之间的进行运动校正，将互信息作为代价函数，该步骤通过FSL(https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/) 实现。基于步骤三中的FC-NC联合模型，利用最小二乘非线性曲线拟合，得到 IVIM参数。其中f和Dt首先根据基于双指数模型的FC数据，使用分段方法进行近似，将将f和Dt固定，根据NC的信号公式得到vb近似值。然后，根据f、 Dt、vb的近似值确定参数的初始点和上下限。对FC和NC数据，分别进行传统双指数的IVIM模型的(f、D和D*)拟合，先使用分段方法获得初始近似，然后使用非线性曲线拟合获得精确估计。对整个胎盘手动描绘感兴趣区域，获取感兴趣区域的参数均值，排除异常值。
同时在这40名受试者中，有25名接受了脐血动脉多普勒超声测量。多普勒测量的脐血流速度波形代表下游或胎盘血管对血流的阻力，在临床实践中通常使用搏动指数(PI)和收缩/舒张比(SD)来测量该阻力。PI定义为(收缩速度- 舒张速度)/平均速度，SD定义为收缩速度/舒张速度。将FC-NC联合模型得到的vb值和单个模型得到的f·D*值与PI和SD进行相关分析，同时与胎儿胎龄进行相关分析。
附图2显示采用FC和NC扩散加权序列测得的IVIM信号曲线在脐带动脉流低和高的两个胎盘中的表现模式，以及通过FC-NC联合模型拟合得到的f图和vb图。(A)在脐血动脉PI和SD值相对较高的胎盘中，在低b值下，FC(实线)和NC(虚线)信号之间的信号差异明显，使用联合模型拟合的vb相对较高。 (B)在脐血流相对较低的胎盘中，FC和NC信号之间差异较小，拟合的vb相对较低。
附图3显示基于IVIM的胎盘微循环流速测量值与基于脐带动脉的多普勒超声PI和SD之间的相关性。(A-B)胎盘内弹道型微循环流速与SD(r＝0.61) 和PI(r＝0.50)呈强正相关。用双指数模型拟合FC数据得到的f·D*值与SD 呈负相关(r＝-0.48)，但与PI无显著相关。从NC数据拟合的f·D*值与SD(r ＝0.49)和PI(r＝0.47)呈正相关。胎盘微循环中的弹道型流速vb与脐带多普勒测量值正相关，表明它与进入胎盘血流的压力直接相关。FC梯度对弹道型血流不敏感，因而基于FC的f·D*指数可能反映扩散型血流的速度。基于FC数据的f·D*指数与脐带多普勒测量值呈负相关，表明不同的IVIM成分对胎盘血管阻力的变化可能有不同的反应。
附图4显示基于IVIM的胎盘微循环流速测量值与胎龄的相关性。(A)联合模型的vb与胎龄呈负相关，而FC数据拟合的f·D*值与胎龄呈正相关，NC数据拟合的f·D*值与胎龄呈负相关。已知在正常妊娠中，由于绒毛血管形成的增加和扩张，胎盘血管阻力在整个妊娠过程中逐渐降低，PI和SD值也随之胎龄的增长而降低。因此，鉴于上述IVIM参数与SD和PI之间的关系，vb和f·D*与胎龄的关系符合预期。
通过本实施例表明，本发明提供的方法可以得到血液微循环中弹道型血流的信息，以便于细化微循环血流中的弹道型成分和扩散型成分，用于定量说明胎盘中两种微循环在胎儿-胎盘灌注系统中的作用，弹道型血流的新型定量指标可能对胎盘微循环灌注的测量提供新的信息。
另外，在上述步骤一～步骤四的基础上，还可以进一步提供一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其包括：
FC序列构建模块：用于在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加相同的双极性梯度场，构建流速补偿(FC)的扩散加权序列；
NC序列构建模块：用于在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加镜像对称的双极性梯度场，构建非流速补偿(NC)的扩散加权序列；
IVIM信号获取模块：用于针对若干不同的扩散敏感系数b值，在每个b值下分别采用流速补偿(FC)的扩散加权序列和非流速补偿(NC)的扩散加权序列获取待测的孕妇胎盘的IVIM信号；
以及联合模型参数估计模块：用于利用不同b值下得到的两种序列下的 IVIM信号数据，对FC-NC信号的联合模型进行拟合，估计得到弹道型微循环流的比例f和流速vb、和组织中水分子的扩散系数Dt；所述FC-NC信号的联合模型由NC信号模型和FC信号模型联合而成，形式为：
Figure BDA0002433283250000101
Figure BDA0002433283250000102
其中S和S0分别是b值下的弥散加权信号和非扩散加权信号，f是弹道型微循环流的比例，Dt是组织中水分子的扩散系数，Db是血液中水分子的扩散系数， vb是弹道型微循环流流速的量度，α是扩散编码梯度场的一阶矩。
上述装置中的各模块，本质上对应于前述的步骤一～步骤四，前述步骤一～步骤四中的具体做法也都可以应用于该装置的各模块中。
本领域的技术人员应当知道，本发明中所涉及的各模块、功能可以通过电路、其他硬件或者可执行的程序代码来完成，只要能够实现相应功能即可。若采用代码，则代码可存储于存储装置中，并有计算装置中的相应元件执行。本发明的实现更不限制于任何特定的硬件和软件结合。本发明中的各硬件型号均可采用市售产品，可根据实际用户需求进行选择。当然，在上述装置中，必要时也需要配合其他必要硬件或软件、系统，本领域技术人员可根据实际进行设计，此处不再赘述。
另外，在其他实施例中，还可以提供一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如步骤一～步骤四所展示的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法。
需要注意的是，存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory， RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。当然，还装置中还应当具有实现程序运行的必要组件，例如电源、通信总线等等。
另外，在上述装置中，存储器和处理器还可以进一步集成在磁共振成像系统的数据处理设备中，磁共振成像系统获取诊断对象的相应IVIM信号数据后，可以存储在存储器中，然后通过处理器对其调用内部程序进行处理，直接输出结果。
另外，在其他实施例中，还可以提供一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如步骤一～步骤四所展示的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法。
需要指出的是，以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加相同的双极性梯度场，构建流速补偿(FC)的扩散加权序列；
S2：在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加镜像对称的双极性梯度场，构建非流速补偿(NC)的扩散加权序列；
S3：针对若干不同的扩散敏感系数b值，在每个b值下分别采用流速补偿(FC)的扩散加权序列和非流速补偿(NC)的扩散加权序列获取待测的孕妇胎盘的IVIM信号；
S4：利用不同b值下得到的两种序列下的IVIM信号数据，对流速补偿(FC)-非流速补偿(NC)信号的联合模型进行拟合，估计得到弹道型微循环流的比例f和流速vb、和组织中水分子的扩散系数Dt；所述流速补偿(FC)-非流速补偿(NC)信号的联合模型由非流速补偿(NC)信号模型和流速补偿(FC)信号模型联合而成，形式为：
Figure FDA0002737804230000011
Figure FDA0002737804230000012
其中S和S0分别是b值下的弥散加权信号和非扩散加权信号，f是弹道型微循环流的比例，Dt是组织中水分子的扩散系数，Db是血液中水分子的扩散系数，vb是弹道型微循环流流速的量度，α是扩散编码梯度场的一阶矩。
2.如权利要求1所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法，其特征在于，所述的S1中，流速补偿(FC)的扩散加权序列构建方法为：在自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个第一双极扩散梯度，同时在180°重聚焦脉冲之后施加一个与第一双极扩散梯度相同的第二双极扩散梯度，实现流速补偿梯度；第一双极扩散梯度和第二双极扩散梯度的一阶矩为零；在第二双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集；
所述的S2中，非流速补偿(NC)的扩散加权序列构建方法为：在另一条自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个与所述第一双极扩散梯度相同的第三双极扩散梯度，同时在180°重聚焦脉冲之后施加一个与第三双极扩散梯度镜像对称的第四双极扩散梯度，实现非流速补偿梯度；第三双极扩散梯度和第四双极扩散梯度的一阶矩为非零；在第四双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集。
3.如权利要求1所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法，其特征在于，所述的S3中，b值选择覆盖10-600s/mm2范围的多个数值点，且每个b值下分别在6个扩散方向采集流速补偿和非流速补偿的IVIM信号。
4.如权利要求1所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法，其特征在于，所述的S4中，在进行拟合之前，需要首先对不同b值下采集的扩散加权图像进行多次迭代的线性配准，校正由于母体或胎儿运动导致的运动伪影，并将流速补偿和非流速补偿的IVIM信号之间进行配准；所述的S4中，血液中水分子的扩散系数Db可以设置为1.5μm2/ms，在流速补偿(FC)的扩散加权序列中，扩散编码梯度场的一阶矩α可以设置为0；流速补偿(FC)-非流速补偿(NC)信号的联合模型可以采用最小二乘非线性曲线拟合。
5.一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其特征在于，包括：
流速补偿(FC)序列构建模块：用于在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加相同的双极性梯度场，构建流速补偿(FC)的扩散加权序列；
非流速补偿(NC)序列构建模块：用于在自旋回波扩散加权序列的180°重聚回波两侧施加镜像对称的双极性梯度场，构建非流速补偿(NC)的扩散加权序列；
IVIM信号获取模块：用于针对若干不同的扩散敏感系数b值，在每个b值下分别采用流速补偿(FC)的扩散加权序列和非流速补偿(NC)的扩散加权序列获取待测的孕妇胎盘的IVIM信号；
以及联合模型参数估计模块：用于利用不同b值下得到的两种序列下的IVIM信号数据，对流速补偿(FC)-非流速补偿(NC)信号的联合模型进行拟合，估计得到弹道型微循环流的比例f和流速vb、和组织中水分子的扩散系数Dt；所述流速补偿(FC)-非流速补偿(NC)信号的联合模型由非流速补偿(NC)信号模型和流速补偿(FC)信号模型联合而成，形式为：
Figure FDA0002737804230000031
Figure FDA0002737804230000032
其中S和S0分别是b值下的弥散加权信号和非扩散加权信号，f是弹道型微循环流的比例，Dt是组织中水分子的扩散系数，Db是血液中水分子的扩散系数，vb是弹道型微循环流流速的量度，α是扩散编码梯度场的一阶矩。
6.如权利要求5所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其特征在于，所述的流速补偿(FC)序列构建模块中，流速补偿(FC)的扩散加权序列构建方法为：在自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个第一双极扩散梯度，同时在180°重聚焦脉冲之后施加一个与第一双极扩散梯度相同的第二双极扩散梯度，实现流速补偿梯度；第一双极扩散梯度和第二双极扩散梯度的一阶矩为零；在第二双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集；
所述的非流速补偿(NC)序列构建模块中，非流速补偿(NC)的扩散加权序列构建方法为：在另一条自旋回波扩散加权序列的90°激发脉冲与180°重聚焦脉冲之间，施加一个与所述第一双极扩散梯度相同的第三双极扩散梯度，同时在180°重聚焦脉冲之后施加一个与第三双极扩散梯度镜像对称的第四双极扩散梯度，实现非流速补偿梯度；第三双极扩散梯度和第四双极扩散梯度的一阶矩为非零；在第四双极扩散梯度之后施加单次自旋回波平面成像序列，用于数据采集。
7.如权利要求5所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其特征在于，所述的IVIM信号获取模块中，b值选择覆盖10-600s/mm2范围的多个数值点，且每个b值下分别在6个扩散方向采集流速补偿和非流速补偿的IVIM信号。
8.如权利要求5所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其特征在于，所述的联合模型参数估计模块中，在进行拟合之前，需要首先对不同b值下采集的扩散加权图像进行多次迭代的线性配准，校正由于母体或胎儿运动导致的运动伪影，并将流速补偿和非流速补偿的IVIM信号之间进行配准；血液中水分子的扩散系数Db可以设置为1.5μm2/ms，在流速补偿(FC)的扩散加权序列中，扩散编码梯度场的一阶矩α为0；流速补偿(FC)-非流速补偿(NC)信号的联合模型可以采用最小二乘非线性曲线拟合。
9.一种利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的装置，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1～4任一项所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～4任一项所述的利用流速补偿和非补偿的弥散磁共振测量胎盘血流的方法。
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