CN112259211B - 基于dti与1h-mrs技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于DTI与1H‑MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统。本发明中，所述第一数据传输模块的输出端连接有所述DTI模块的输入端，所述DTI模块的输出端连接有所述中央处理单元模块的输入端，所述中央处理单元模块的输出端连接有所述1H‑MRS模块的输入端，所述供电模块的电源输出端连接有所述中央处理单元模块的电源输入端，1H‑MRS模块相较于传统成像方法，扫描时间短，可以减少化学位移伪影的产生，同时，可于对侧正常实质的波谱作为内部对照，进一步提高诊断的准确性；湿度传感器和温度传感器可以对中央处理单元模块内部运行时的温度、湿度进行实时监测，避免了中央处理单元模块的颞部由于温度过高，或者潮湿引发自燃或者短路等情况。
Description
技术领域
本发明属于鼻咽癌检测技术领域，具体为基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统。
背景技术
鼻咽癌是指发生于鼻咽腔顶部和侧壁的恶性肿瘤。是我国高发恶性肿瘤之一，发病率为耳鼻咽喉恶性肿瘤之首。常见临床症状为鼻塞、涕中带血、耳闷堵感、听力下降、复视及头痛等。鼻咽癌大多对放射治疗具有中度敏感性，放射治疗是鼻咽癌的首选治疗方法。但是对较高分化癌，病程较晚以及放疗后复发的病例，手术切除和化学药物治疗亦属于不可缺少的手段，鼻咽癌会引起放射性脑损伤，此时就需要对其进行检测。鼻咽癌放射性脑损伤属外因损伤，主要表现为各种神经认知功能减退和注意力下降，世界上高达 80%的鼻咽癌都发生在我国南方沿海省份，在对257例患者的研究中，利用 3D-T1WI、DTI、 fMRI 等多模态影像技术，提取脑影像高维特征，通过分析与认知功能的相关性，发现12个与鼻咽癌放射性脑损伤所致认知障碍有关的脑影像标志物，将诊断准确性提升到 84.5%，敏感性高达86.6%，为临床无创、早期、准确检测并动态监测鼻咽癌放射性脑损伤所致认知障碍疾病程度提供依据，从而为更好地预防、干预及实行个体化治疗提供理论基础和客观依据。
但是常见的检测系统中，扫描时间较长，同时化学位移伪影产生的较多，影响人们对于鼻咽癌引起的放射性脑损伤程度的精确诊断，不利于病人根治病情。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统。
本发明采用的技术方案如下：基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统，包括扫描模块、第一数据传输模块、DTI模块、中央处理单元模块、1H-MRS模块、诊断模块、数据输出模块、数据发送模块、供电模块、患者接收终端、声光报警模块、环境检测模块、信息输出端、数据采集模块、数据追踪模块、数据成像模块、第二数据传输模块、湿度传感器、温度传感器，所述扫描模块的输出端连接有所述第一数据传输模块的输入端，所述第一数据传输模块的输出端连接有所述DTI模块的输入端，所述DTI模块的输出端连接有所述中央处理单元模块的输入端，所述中央处理单元模块的输出端连接有所述1H-MRS模块的输入端，所述供电模块的电源输出端连接有所述中央处理单元模块的电源输入端，所述环境检测模块的输出端连接有所述中央处理单元模块和所述声光报警模块的输入端，所述1H-MRS模块的输出端连接有所述诊断模块的输入端，所述诊断模块的输出端连接有所述数据输出模块的输入端，所述数据输出模块的输出端连接有所述数据发送模块的输入端，所述数据发送模块的输出端连接有所述患者接收终端的输入端；
所述DTI模块的内部包含有所述数据采集模块，所述数据采集模块的输出端连接有所述数据追踪模块的输入端，所述数据追踪模块的输出端连接有所述数据成像模块的输入端，所述数据成像模块的输出端连接有所述第二数据传输模块的输入端，所述环境检测模块的输出端连接有所述信息输出端的输入端，所述环境检测模块的输入端连接有所述湿度传感器和所述温度传感器的输入端。
在一优选的实施方式中，所述诊断模块的内部会对波谱信号进行分析，分析的参数主要有TR、TE和采集次数；当TR相对较短时，由于磁化矢量还没完全恢复，会导致信号降低；因此，采用较长的TR值能够减少由T1信号饱和所引起的系统误差；TR值越长，采集次数越多，代谢物信噪比越高，但二者都需要延长扫描时间；TE的长短与T2弛豫效应的影响有关，TE越短，T2弛豫效应引起的信号丢失越少；用长TE时，弛豫效应会更加显著，只有少数几种代谢物信号能被采集到，但因不包含广泛的信号，基线形态比较平稳，分析起来比较简单；Skoch等[6]提出，与短TE相比，长TE所获得的信噪比要低得多；对于小的梗死或炎性病灶，由于周围正常组织产生的部分容积效应，体积很小的病灶其波谱可能显示为正常，此时应减小体素的大小，通过增加采集次数补偿信噪比，使波谱的质量不受影响；对于肿瘤患者，可以采用多体素中等TE采集，同时减小体素大小，增加采集时间，这样能理想的反映Cho的增长，使用TE时，能检测出mI，有助于肿瘤的分级。
在一优选的实施方式中，所述1H-MRS模块的内部中MRS模块是在时间域作试验,其信号是时间的函数，但时间域谱线不能直观反映感兴趣容积的信息，因此在临床中常常是分析频率域的波谱；在频率域，其信号为频率的函数；时间域函数可以转换为频率域函数，而频率域函数通过DFT可以转换成时间域函数，而频率函数通过逆傅里叶变换(IFT)可以转换成时间域函数；因此，数据处理可以在两个域分别进行；在数据处理中，可以利用某些函数或者函数组合模型对信号进行调制、拟和，使处理后的信号可以更为准确地反映代谢物的组织内的状况；但是，MRS数据处理并不是单一不变，而是根据数据的特点选择合适的处理方式；MRS信息含量多，有许多干扰因素，准确分析有时较为困难；如果相位、基线或SNR等存在问题，选择时间域处理数据更为合适；如果没有，则频率域较为准确。
在一优选的实施方式中，所述1H-MRS模块的内部在运行时包括以下步骤：
S1:应用Philips 1.5T磁共振扫描仪并使用点分辨波谱成像；
S2:采用单体素波谱采集(SVS )或二维波谱化学位移成像(CSI)；
S3:将体素置于感兴趣区中央部分,取患者正常对侧相应部位为对照组；
S4:波谱处理：将得出原始波谱进行高斯、指数倍增，零填充，傅立叶变换,频率位移较正，相位校正，基线校正；
S5:对各峰进行单峰分析，记录各代谢物的峰值、峰下面积、计算比值，包括 N -乙酰天门冬氨酸、胆碱复合物、肌酸、乳酸 、脂质峰、肌醇。
在一优选的实施方式中，所述DTI模块的内部数据采集技术采用了单次激发回波平面成像技术；单次激发即获得所有K空间的原始数据；该方法成像时间明显短于一般的生理运动(如：呼吸、心跳等)，使运动伪影大为减少；但单次激发EPI的空问分辨率和信噪比均较低，磁敏感性引起的变形较明显；为此，提出了敏感编码单次激发EPI方法，在与常规EPI相同的扫描时间内，图像的空问分辨率明显提高，而几何变形显著减少。
在一优选的实施方式中，所述声光报警模块的终端固定安装有声光报警器，声光报警器是一种用在危险场所，通过声音和各种光来向人们发出示警信号的一种报警信号装置；当生产现场发生事故或火灾等紧急情况时，火灾报警控制器送来的控制信号启动声光报警电路，发出声和光报警信号，完成报警目的；也可同手动报警按钮配合使用，达到简单的声、光报警目的。
在一优选的实施方式中，所述基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统运行时包括以下步骤：
S1:供电模块为整个系统提供电能，该系统开始运行，当DTI模块启动后，扫描模块会对人体地脑部进行扫描，扫描得出的数据经过DTI模块传递到中央处理单元模块的内部；
S2:DTI模块内部的数据采集模块开始对脑补数据进行采集，同时数据追踪模块配合数据成像模块和第二数据传输模块会对数据进行处理整合；
S3:中央处理单元模块的内部开始对数据进行分析，在中央处理单元模块工作运行的时候，环境检测模块内部的湿度传感器和温度传感器会对中央处理单元模块的内部的运行环境进行实施检测；
S4:当环境检测模块内部的湿度传感器和温度传感器监测到中央处理单元模块的内部温度或者湿度不正常时，此时就会启动声光报警模块，声光报警模块开始报警，以提醒人们进行后续的操作；
S5:中央处理单元模块将得到的整理好的数据传输到1H-MRS模块的内部，1H-MRS模块的内部经过一系列的运算之后，会将分析得到的数据传输到诊断模块的内部；
S6:诊断模块会将数据传输到数据输出模块的信息输出端，数据输出模块在将信息经过发射器的发射之后发射出去，之后患者接收终端的终端处，就会知道诊断的结果。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，1H-MRS模块相较于传统成像方法，扫描时间短，可以减少化学位移伪影的产生，同时，可于对侧正常实质的波谱作为内部对照，进一步提高诊断的准确性。当需要进行肿瘤鉴别诊断时,可以再进行多体素波谱成像，以完善诊断的准确性。本研究中，单体素成像时，肿瘤组织的波谱结果与文献结果一致，可以认为，单体素成像有一定的优势。
2、本发明中，DTI技术可以实现对大脑解剖连接地方重建，可视化显示以及量化分析，为揭示各种神经，精神疾病发病原理，和神经机制提供更加丰富的影像信息，还可以实现与脑功能数据的多模态融合，帮助我们更加深入的了解脑损伤的程度，配合湿度传感器和温度传感器可以对中央处理单元模块内部运行时的温度、湿度进行实时监测，从而使得该系统达到一个更加稳定的效果。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明中DTI模块系统框图；
图3为本发明中环境检测模块系统框图；
图4为本发明中1H-MRS模块系统流程图。
图中标记：1-扫描模块、2-第一数据传输模块、3-DTI模块、4-中央处理单元、5-1H-MRS模块、6-诊断模块、7-数据输出模块、8-数据发送模块、9-供电模块、10-患者接收终端、11-声光报警模块、12-环境检测模块、13-信息输出端、14-数据采集模块、15-数据追踪模块、16-数据成像模块、17-第二数据传输模块、18-湿度传感器、19-温度传感器。
实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-4，基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统，包括扫描模块1、第一数据传输模块2、DTI模块3、中央处理单元模块4、1H-MRS模块5、诊断模块6、数据输出模块7、数据发送模块8、供电模块9、患者接收终端10、声光报警模块11、环境检测模块12、信息输出端13、数据采集模块14、数据追踪模块15、数据成像模块16、第二数据传输模块17、湿度传感器18、温度传感器19，扫描模块1的输出端连接有第一数据传输模块2的输入端，第一数据传输模块2的输出端连接有DTI模块3的输入端，DTI模块3的内部数据采集技术采用了单次激发回波平面成像技术；单次激发即获得所有K空间的原始数据；该方法成像时间明显短于一般的生理运动(如：呼吸、心跳等)，使运动伪影大为减少；但单次激发EPI的空问分辨率和信噪比均较低，磁敏感性引起的变形较明显；为此，提出了敏感编码单次激发EPI方法，在与常规EPI相同的扫描时间内，图像的空问分辨率明显提高，而几何变形显著减少；DTI模块3的输出端连接有中央处理单元模块4的输入端，中央处理单元模块4的输出端连接有1H-MRS模块5的输入端，供电模块9的电源输出端连接有中央处理单元模块4的电源输入端，环境检测模块12的输出端连接有中央处理单元模块4和声光报警模块11的输入端，声光报警模块11的终端固定安装有声光报警器，H-MRS模块5的内部在运行时包括以下步骤：
S1:应用Philips 1.5T磁共振扫描仪并使用点分辨波谱成像；
S2:采用单体素波谱采集(SVS )或二维波谱化学位移成像(CSI)；
S3:将体素置于感兴趣区中央部分,取患者正常对侧相应部位为对照组；
S4:波谱处理：将得出原始波谱进行高斯、指数倍增，零填充，傅立叶变换,频率位移较正，相位校正，基线校正；
S5:对各峰进行单峰分析，记录各代谢物的峰值、峰下面积、计算比值，包括 N -乙酰天门冬氨酸、胆碱复合物、肌酸、乳酸 、脂质峰、肌醇，1H-MRS模块的内部中MRS模块是在时间域作试验,其信号是时间的函数，但时间域谱线不能直观反映感兴趣容积的信息，因此在临床中常常是分析频率域的波谱；在频率域，其信号为频率的函数；时间域函数可以转换为频率域函数，而频率域函数通过DFT可以转换成时间域函数，而频率函数通过逆傅里叶变换(IFT)可以转换成时间域函数；因此，数据处理可以在两个域分别进行；在数据处理中，可以利用某些函数或者函数组合模型对信号进行调制、拟和，使处理后的信号可以更为准确地反映代谢物的组织内的状况；但是，MRS数据处理并不是单一不变，而是根据数据的特点选择合适的处理方式；MRS信息含量多，有许多干扰因素，准确分析有时较为困难；如果相位、基线或SNR等存在问题，选择时间域处理数据更为合适；如果没有，则频率域较为准确；诊断模块6的输出端连接有数据输出模块7的输入端，数据输出模块7的输出端连接有数据发送模块8的输入端，数据发送模块8的输出端连接有患者接收终端10的输入端；
DTI模块3的内部包含有数据采集模块14，数据采集模块14的输出端连接有数据追踪模块15的输入端，数据追踪模块15的输出端连接有数据成像模块16的输入端，数据成像模块16的输出端连接有第二数据传输模块17的输入端，环境检测模块12的输出端连接有信息输出端13的输入端，环境检测模块12的输入端连接有湿度传感器18和温度传感器19的输入端，诊断模块的内部会对波谱信号进行分析，分析的参数主要有TR、TE和采集次数；当TR相对较短时，由于磁化矢量还没完全恢复，会导致信号降低；因此，采用较长的TR值能够减少由T1信号饱和所引起的系统误差；TR值越长，采集次数越多，代谢物信噪比越高，但二者都需要延长扫描时间；TE的长短与T2弛豫效应的影响有关，TE越短，T2弛豫效应引起的信号丢失越少；用长TE时，弛豫效应会更加显著，只有少数几种代谢物信号能被采集到，但因不包含广泛的信号，基线形态比较平稳，分析起来比较简单；Skoch等[6]提出，与短TE相比，长TE所获得的信噪比要低得多；对于小的梗死或炎性病灶，由于周围正常组织产生的部分容积效应，体积很小的病灶其波谱可能显示为正常，此时应减小体素的大小，通过增加采集次数补偿信噪比，使波谱的质量不受影响；对于肿瘤患者，可以采用多体素中等TE采集，同时减小体素大小，增加采集时间，这样能理想的反映Cho的增长，使用TE时，能检测出mI，有助于肿瘤的分级。
基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统运行时包括以下步骤：
S1:供电模块9为整个系统提供电能，该系统开始运行，当DTI模块3启动后，扫描模块1会对人体地脑部进行扫描，扫描得出的数据经过DTI模块3传递到中央处理单元模块4的内部；
S2:DTI模块3内部的数据采集模块14开始对脑补数据进行采集，同时数据追踪模块15配合数据成像模块16和第二数据传输模块17会对数据进行处理整合；
S3:中央处理单元模块4的内部开始对数据进行分析，在中央处理单元模块4工作运行的时候，环境检测模块12内部的湿度传感器18和温度传感器19会对中央处理单元模块4的内部的运行环境进行实施检测；
S4:当环境检测模块12内部的湿度传感器18和温度传感器19监测到中央处理单元模块4的内部温度或者湿度不正常时，此时就会启动声光报警模块11，声光报警模块11开始报警，以提醒人们进行后续的操作；
S5:中央处理单元模块4将得到的整理好的数据传输到1H-MRS模块5的内部，1H-MRS模块5的内部经过一系列的运算之后，会将分析得到的数据传输到诊断模块6的内部；
S6:诊断模块6会将数据传输到数据输出模块7的信息输出端，数据输出模块7在将信息经过发射器的发射之后发射出去，之后患者接收终端10的终端处，就会知道诊断的结果。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统，包括扫描模块（1）、第一数据传输模块（2）、DTI模块（3）、中央处理单元模块（4）、1H-MRS模块（5）、诊断模块（6）、数据输出模块（7）、数据发送模块（8）、供电模块（9）、患者接收终端（10）、声光报警模块（11）、环境检测模块（12）、信息输出端（13）、数据采集模块（14）、数据追踪模块（15）、数据成像模块（16）、第二数据传输模块（17）、湿度传感器（18）、温度传感器（19），其特征在于：所述扫描模块（1）的输出端连接有所述第一数据传输模块（2）的输入端，所述第一数据传输模块（2）的输出端连接有所述DTI模块（3）的输入端，所述DTI模块（3）的输出端连接有所述中央处理单元模块（4）的输入端，所述中央处理单元模块（4）的输出端连接有所述1H-MRS模块（5）的输入端，所述供电模块（9）的电源输出端连接有所述中央处理单元模块（4）的电源输入端，所述环境检测模块（12）的输出端连接有所述中央处理单元模块（4）和所述声光报警模块（11）的输入端，所述1H-MRS模块（5）的输出端连接有所述诊断模块（6）的输入端，所述诊断模块（6）的输出端连接有所述数据输出模块（7）的输入端，所述数据输出模块（7）的输出端连接有所述数据发送模块（8）的输入端，所述数据发送模块（8）的输出端连接有所述患者接收终端（10）的输入端；
所述DTI模块（3）的内部包含有所述数据采集模块（14），所述数据采集模块（14）的输出端连接有所述数据追踪模块（15）的输入端，所述数据追踪模块（15）的输出端连接有所述数据成像模块（16）的输入端，所述数据成像模块（16）的输出端连接有所述第二数据传输模块（17）的输入端，所述环境检测模块（12）的输出端连接有所述信息输出端（13）的输入端，所述环境检测模块（12）的输入端连接有所述湿度传感器（18）和所述温度传感器（19）的输入端；
所述诊断模块（6）的内部对波谱信号进行分析，分析的参数有TR、TE和采集次数；
所述1H-MRS模块（5）的内部在运行时包括以下步骤：
S1:应用Philips 1.5T磁共振扫描仪并使用点分辨波谱成像；
S2:采用单体素波谱采集(SVS )或二维波谱化学位移成像(CSI)；
S3:将体素置于感兴趣区中央部分,取患者正常对侧相应部位为对照组；
S4:波谱处理：将得出原始波谱进行高斯、指数倍增，零填充，傅立叶变换,频率位移较正，相位校正，基线校正；
S5:对各峰进行单峰分析，记录各代谢物的峰值、峰下面积、计算比值，包括 N - 乙酰天门冬氨酸、胆碱复合物、肌酸、乳酸 、脂质峰、肌醇；
所述基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统运行时包括以下步骤：
S1:供电模块（9）为整个系统提供电能，该系统开始运行，当DTI模块（3）启动后，扫描模块（1）会对人体地脑部进行扫描，扫描得出的数据经过DTI模块（3）传递到中央处理单元模块（4）的内部；
S2:DTI模块（3）内部的数据采集模块（14）开始对脑补数据进行采集，同时数据追踪模块（15）配合数据成像模块（16）和第二数据传输模块（17）会对数据进行处理整合；
S3:中央处理单元模块（4）的内部开始对数据进行分析，在中央处理单元模块（4）工作运行的时候，环境检测模块（12）内部的湿度传感器（18）和温度传感器（19）会对中央处理单元模块（4）的内部的运行环境进行实施检测；
S4:当环境检测模块（12）内部的湿度传感器（18）和温度传感器（19）监测到中央处理单元模块（4）的内部温度或者湿度不正常时，此时就会启动声光报警模块（11），声光报警模块（11）开始报警，以提醒人们进行后续的操作；
S5:中央处理单元模块（4）将得到的整理好的数据传输到1H-MRS模块（5）的内部，1H-MRS模块（5）的内部经过一系列的运算之后，会将分析得到的数据传输到诊断模块（6）的内部；
S6:诊断模块（6）会将数据传输到数据输出模块（7）的信息输出端，数据输出模块（7）在将信息经过发射器的发射之后发射出去，之后患者接收终端（10）的终端处，就会知道诊断的结果。
2.如权利要求1所述的基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统，其特征在于：所述DTI模块（3）的内部数据采集采用单次激发回波平面成像；单次激发回波平面成像获得所有K空间的原始数据；并采用敏感编码单次激发EPI方法。
3.如权利要求1所述的基于DTI与1H-MRS技术的鼻咽癌放射性脑损伤程度检测系统，其特征在于：所述声光报警模块（11）的终端固定安装有声光报警器。
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