CN112315443A - 基于体素内不相干运动mri成像对比剂急性肾损伤检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统。本发明中，所述扫描模块的输出端连接有所述成像模块的输入端，所述成像模块的输出端连接有所述数据输入模块的输入端，所述数据输入模块的输出端连接有所述中央处理单元的输入端，所述供电模块的电源输出端连接有所述中央处理单元的输入端，中央处理单元的输出端连接有所述图像分析模块的输入端；采用了IVIM模型，很好的解决了ADC值差异大的问题。对于肾脏病变而言，如果病变在注射钆剂后有强化；且病变内不含脂肪成分，那么该病灶一般为肿瘤需要进行手术切除；对28例病人的31个病灶(15例强化，16例无强化)行IVIM和对比增强MRI研究，从而增强了检测时的准确性。

Description

基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统
技术领域
本发明属于医疗检测技术领域，具体为基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统。
背景技术
对比剂急性肾损伤(contrast-induced acute kidney injury，CI-AKI)是医院内获得性急性肾功能不全的常见原因。CI-AKI在一般人群中的患病率<2％，在高危人群(如糖尿病肾病、慢性肾功能不全、心功能不全等)中，患病率可达20％～50％。采取IVIM DWI技术采用双指数模型通过不同的定量参数分别评价组织的扩散系数及微血管灌注，将扩散与灌注分离。研究发现扩散相关参数D值及ADC值会随时间发生动态变化。注射高渗对比剂泛影葡胺后，首先引起肾内小动脉痉挛收缩至微循环灌注下降，继而才出现局部缺氧及细胞肿胀、肾小管流体阻力增高，导致肾内水分子扩散下降。此外，灌注相关参数D*值及f值也会随时间发生动态变化。D*值大小主要取决于肾组织成像体素内的毛细血管密度。理论上，f值应随着组织微循环灌注的增加而增大，但由于肾脏有复杂的肾小管、集合管系统，且肾小管内水分子转运是个动态过程，故f值并不能单纯用微循环灌注比率来衡量。研究结果显示IVIM DWI技术可有效评估CI-AKI肾功能的动态变化过程，部分揭示CI-AKI病程改变的微观机制。D值反映了肾内水分子的扩散状态，D*值取决于肾毛细血管的收缩或舒张状态，而f值则在一定程度上反映了肾脏的液体负荷状态。
但是常见的系统使用普通的MRI扫描，扫描效率较为低下，同时常见的诊断全靠医生人工诊断，病人的数据得不到参考，影响了诊断准确性。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统。
本发明采用的技术方案如下：基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统，包括中央处理单元、数据输入模块、成像模块、扫描模块、MRI模块、诊断模块、图像分析模块、数据发送模块、供电模块、患者反馈模块、AI分析模块、手动诊断模块、操作模块、人机交互模块、数据传输模块、无线发送模块、数据接收模块，所述MRI模块的输出端连接有所述扫描模块的输入端，所述扫描模块的输出端连接有所述成像模块的输入端，所述成像模块的输出端连接有所述数据输入模块的输入端，所述数据输入模块的输出端连接有所述中央处理单元的输入端，所述供电模块的电源输出端连接有所述中央处理单元的输入端，所述患者反馈模块的输出端连接有所述中央处理单元的输入端，所述中央处理单元的输出端连接有所述图像分析模块的输入端，所述图像分析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发送模块的输入端；
所述患者反馈模块的内部固定安装有人机交互模块，所述人机交互模块的输出端连接有所述数据传输模块的输入端，所述数据传输模块的输出端连接有所述无线发送模块的输入端，所述无线发送模块的输出端连接有所述数据接收模块的输入端，所述诊断模块的内部设置有所述AI分析模块和所述手动诊断模块，所述手动诊断模块的输出端连接有所述操作模块的输入端。
在一优选的实施方式中，所述MRI模块的内部采用了体素内不相干运动扩散成像的扫描方法，IVIM模型基于双e指数模型，可以同时获得灌注和扩散信息，同时由于其不需要造影剂，临床意义不言而喻；下面，我们来看一下该模型是如何获得灌注信息的；在常规的扩散成像中，通常不考虑灌注的信息，这是由于1)扩散成像最早应用于神经系统，而大脑的血容量非常小，灌注信号的贡献较小；2)血流是定向流动的，其运动的空间尺度远大于扩散运动，因此血流的信号通常比扩散信号衰减的快，在常用的b值下信号早已完全衰减；3)扩散成像测量的则是水分子的随机运动，而血流是定向流动的，因此我们熟悉的扩散模型将不再适用。
在一优选的实施方式中，为了获得灌注信息，所述MRI模块的内IVIM假设人体内微血管网络在空间上是随机分布的，所以血液中的水分子也可以看做是在较大空间尺度上进行随机运动，通常称其为伪随机运动，这样灌注则可以通过我们熟悉的扩散的模型求解；同时其宏观扩散速率通常显著快于常规的水分子扩散；也因此，IVIM模型可以将两种不同的扩散成分分离出来，其双e指数模型计算两个扩散系数，一个快扩散D*，一个慢扩散D，还有快扩散对应的比例系数f；快扩散对应了灌注信号，慢扩散对应了常规的扩散信号，计算公式为：Sb/S0＝f·exp(-b·D*)+(1–f)·exp(-b·D)；通过IVIM模型，在每个体素内扩散信号衰减曲线的不同部分与IVIM的定量化参数更密切的联系了起来，其中扩散系数D反映了组织扩散，伪扩散系数D*反映了毛细血管的灌注，f为灌注信号的比例。
在一优选的实施方式中，所述人机交互模块的外部设置有操作键盘和控制鼠标。所述数据接收模块与所述中央处理单元的内部的信息传输模块相连接。
在一优选的实施方式中，所述AI分析模块的内部设置有AI学习模块和云端升级系统，所述手动诊断模块的外部固定安装有显示屏，所述操作模块的外部设置有操作工位。
在一优选的实施方式中，所述基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统使用时包括以下步骤：
S1:供电模块为整个系统提供电能后，该系统开始工作，此时MRI模块配合扫描模块开始对人体的对比剂急性肾损伤程度进行扫描，同时扫描模块会将扫描得到的信息传递到成像模块的内部；
S2:成像模块对传来的信息进行整理，得到整理后的图像之后将数据输入到数据输入模块的内部，数据输入模块将数据导入到中央处理单元的内部，中央处理单元开始对数据进行整理；
S3:同时患者在扫描检测过程中，也可以通过人机交互模块将自己的情况输入到数据传输模块的内部，数据传输模块将数据经由无线发送模块传入到数据接收模块的内部；
S4:中央处理单元在将数据整理好后，将数据经由图像分析模块分析后输入到诊断模块的内部，诊断模块的内部的AI分析模块开始对患者的数据进行初步分析，同时医师也可以通过手动诊断模块和操作模块对患者进行诊断；
S5:诊断模块得出诊断的意见数据和结果之后，将数据传入到数据发送模块的内部，数据发送模块将信息汇总传输到接收终端。
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，采用了IVIM模型，很好的解决了ADC值差异大的问题。对于肾脏病变而言，如果病变在注射钆剂后有强化；且病变内不含脂肪成分，那么该病灶一般为肿瘤需要进行手术切除；Chandarana等剐对28例病人的31个病灶(15例强化，16例无强化)行IVIM和对比增强MRI研究；发现厂值可用于评估病灶有无强化和强化的程度，可以作为一个非侵人性的肿瘤血管结构的标记物，D值也可用于诊断实性增强病变，并评价病变的细胞结构，从而增强了检测时的准确性。
2、本发明中，患者通过患者反馈模块可以对自身的情况进行实时反馈，从而医生可以根据患者反馈模块传来的数据进行诊断，使得诊断过程更加快速高效，也减轻了医生频繁询问患者的劳动负担。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明中患者反馈模块系统框图；
图3为本发明中诊断模块系统框图。
图中标记：1-中央处理单元、2-数据输入模块、3-成像模块、4-扫描模块、5-MRI模块、6-诊断模块、7-图像分析模块、8-数据发送模块、9-供电模块、10-患者反馈模块、11-AI分析模块、12-手动诊断模块、13-操作模块、14-人机交互模块、15-数据传输模块、16-无线发送模块、17-数据接收模块。
具体实施方式
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1-3，基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统，包括中央处理单元1、数据输入模块2、成像模块3、扫描模块4、MRI模块5、诊断模块6、图像分析模块7、数据发送模块8、供电模块9、患者反馈模块10、AI分析模块11、手动诊断模块12、操作模块13、人机交互模块14、数据传输模块15、无线发送模块16、数据接收模块17，MRI模块5的输出端连接有扫描模块4的输入端，MRI模块5的内部采用了体素内不相干运动IVIM扩散成像的扫描方法，IVIM模型基于双e指数模型，可以同时获得灌注和扩散信息，同时由于其不需要造影剂，临床意义不言而喻；下面，我们来看一下该模型是如何获得灌注信息的；在常规的扩散成像中，通常不考虑灌注的信息，这是由于1扩散成像最早应用于神经系统，而大脑的血容量非常小2％-4％，灌注信号的贡献较小；2血流是定向流动的，其运动的空间尺度数十微米远大于扩散运动纳米，因此血流的信号通常比扩散信号衰减的快，在常用的b值600～1000mm2/s下信号早已完全衰减；3)扩散成像测量的则是水分子的随机运动，而血流是定向流动的，因此我们熟悉的扩散模型将不再适用，为了获得灌注信息，IVIM假设人体内微血管网络在空间上是随机分布的，所以血液中的水分子也可以看做是在较大空间尺度上进行随机运动，通常称其为伪随机运动，这样灌注则可以通过我们熟悉的扩散的模型求解；同时其宏观扩散速率通常显著快于常规的水分子扩散；也因此，IVIM模型可以将两种不同的扩散成分分离出来，其双e指数模型计算两个扩散系数，一个快扩散D*，一个慢扩散D，还有快扩散对应的比例系数f；快扩散对应了灌注信号，慢扩散对应了常规的扩散信号，计算公式为：Sb/S0＝f·exp(-b·D*)+(1–f)·exp(-b·D)；通过IVIM模型，在每个体素内扩散信号衰减曲线实线的不同部分与IVIM的定量化参数更密切的联系了起来，其中扩散系数D反映了组织扩散，伪扩散系数D*反映了毛细血管的灌注，f为灌注信号的比例；扫描模块4的输出端连接有成像模块3的输入端，成像模块3的输出端连接有数据输入模块2的输入端，数据输入模块2的输出端连接有中央处理单元1的输入端，供电模块9的电源输出端连接有中央处理单元1的输入端，患者反馈模块10的输出端连接有中央处理单元1的输入端，中央处理单元1的输出端连接有图像分析模块7的输入端，图像分析模块7的输出端连接有诊断模块6的输入端，诊断模块6的输出端连接有数据发送模块8的输入端；
患者反馈模块10的内部固定安装有人机交互模块14，人机交互模块14的外部设置有操作键盘和控制鼠标。数据接收模块17与中央处理单元1的内部的信息传输模块相连接；人机交互模块14的输出端连接有数据传输模块15的输入端，数据传输模块15的输出端连接有无线发送模块16的输入端，无线发送模块16的输出端连接有数据接收模块17的输入端，诊断模块6的内部设置有AI分析模块11和手动诊断模块12，AI分析模块11的内部设置有AI学习模块和云端升级系统，手动诊断模块12的外部固定安装有显示屏，操作模块13的外部设置有操作工位；手动诊断模块12的输出端连接有操作模块13的输入端。
基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统使用时包括以下步骤：
S1:供电模块9为整个系统提供电能后，该系统开始工作，此时MRI模块5配合扫描模块4开始对人体的对比剂急性肾损伤程度进行扫描，同时扫描模块4会将扫描得到的信息传递到成像模块3的内部；
S2:成像模块3对传来的信息进行整理，得到整理后的图像之后将数据输入到数据输入模块2的内部，数据输入模块2将数据导入到中央处理单元1的内部，中央处理单元1开始对数据进行整理；
S3:同时患者在扫描检测过程中，也可以通过人机交互模块14将自己的情况输入到数据传输模块15的内部，数据传输模块15将数据经由无线发送模块16传入到数据接收模块17的内部；
S4:中央处理单元1在将数据整理好后，将数据经由图像分析模块7分析后输入到诊断模块6的内部，诊断模块6的内部的AI分析模块11开始对患者的数据进行初步分析，同时医师也可以通过手动诊断模块12和操作模块13对患者进行诊断；
S5:诊断模块6得出诊断的意见数据和结果之后，将数据传入到数据发送模块8的内部，数据发送模块8将信息汇总传输到接收终端
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 (6)

1.基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统，包括中央处理单元(1)、数据输入模块(2)、成像模块(3)、扫描模块(4)、MRI模块(5)、诊断模块(6)、图像分析模块(7)、数据发送模块(8)、供电模块(9)、患者反馈模块(10)、AI分析模块(11)、手动诊断模块(12)、操作模块(13)、人机交互模块(14)、数据传输模块(15)、无线发送模块(16)、数据接收模块(17)，其特征在于：所述MRI模块(5)的输出端连接有所述扫描模块(4)的输入端，所述扫描模块(4)的输出端连接有所述成像模块(3)的输入端，所述成像模块(3)的输出端连接有所述数据输入模块(2)的输入端，所述数据输入模块(2)的输出端连接有所述中央处理单元(1)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(1)的输入端，所述患者反馈模块(10)的输出端连接有所述中央处理单元(1)的输入端，所述中央处理单元(1)的输出端连接有所述图像分析模块(7)的输入端，所述图像分析模块(7)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发送模块(8)的输入端；
所述患者反馈模块(10)的内部固定安装有人机交互模块(14)，所述人机交互模块(14)的输出端连接有所述数据传输模块(15)的输入端，所述数据传输模块(15)的输出端连接有所述无线发送模块(16)的输入端，所述无线发送模块(16)的输出端连接有所述数据接收模块(17)的输入端，所述诊断模块(6)的内部设置有所述AI分析模块(11)和所述手动诊断模块(12)，所述手动诊断模块(12)的输出端连接有所述操作模块(13)的输入端。
2.如权利要求1所述的基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统，其特征在于：所述MRI模块(5)的内部采用了体素内不相干运动(IVIM)扩散成像的扫描方法，IVIM模型基于双e指数模型，可以同时获得灌注和扩散信息，同时由于其不需要造影剂，临床意义不言而喻；下面，我们来看一下该模型是如何获得灌注信息的；在常规的扩散成像中，通常不考虑灌注的信息，这是由于1)扩散成像最早应用于神经系统，而大脑的血容量非常小(2％-4％)，灌注信号的贡献较小；2)血流是定向流动的，其运动的空间尺度(数十微米)远大于扩散运动(纳米)，因此血流的信号通常比扩散信号衰减的快，在常用的b值(600～1000mm2/s)下信号早已完全衰减；3)扩散成像测量的则是水分子的随机运动，而血流是定向流动的，因此我们熟悉的扩散模型将不再适用。
3.如权利要求1所述的基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统，其特征在于：为了获得灌注信息，所述MRI模块(5)的内部IVIM假设人体内微血管网络在空间上是随机分布的，所以血液中的水分子也可以看做是在较大空间尺度上进行随机运动，通常称其为伪随机运动，这样灌注则可以通过我们熟悉的扩散的模型求解；同时其宏观扩散速率通常显著快于常规的水分子扩散；也因此，IVIM模型可以将两种不同的扩散成分分离出来，其双e指数模型计算两个扩散系数，一个快扩散D*，一个慢扩散D，还有快扩散对应的比例系数f；快扩散对应了灌注信号，慢扩散对应了常规的扩散信号，计算公式为：Sb/S0＝f·exp(-b·D*)+(1–f)·exp(-b·D)；通过IVIM模型，在每个体素内扩散信号衰减曲线(实线)的不同部分与IVIM的定量化参数更密切的联系了起来，其中扩散系数D反映了组织扩散，伪扩散系数D*反映了毛细血管的灌注，f为灌注信号的比例。
4.如权利要求1所述的基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统，其特征在于：所述人机交互模块(14)的外部设置有操作键盘和控制鼠标，所述数据接收模块(17)与所述中央处理单元(1)的内部的信息传输模块相连接。
5.如权利要求1所述的基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统，其特征在于：所述AI分析模块(11)的内部设置有AI学习模块和云端升级系统，所述手动诊断模块(12)的外部固定安装有显示屏，所述操作模块(13)的外部设置有操作工位。
6.如权利要求1所述的基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统，其特征在于：所述基于体素内不相干运动MRI成像对比剂急性肾损伤检测系统使用时包括以下步骤：
S1:供电模块(9)为整个系统提供电能后，该系统开始工作，此时MRI模块(5)配合扫描模块(4)开始对人体的对比剂急性肾损伤程度进行扫描，同时扫描模块(4)会将扫描得到的信息传递到成像模块(3)的内部；
S2:成像模块(3)对传来的信息进行整理，得到整理后的图像之后将数据输入到数据输入模块(2)的内部，数据输入模块(2)将数据导入到中央处理单元(1)的内部，中央处理单元(1)开始对数据进行整理；
S3:同时患者在扫描检测过程中，也可以通过人机交互模块(14)将自己的情况输入到数据传输模块(15)的内部，数据传输模块(15)将数据经由无线发送模块(16)传入到数据接收模块(17)的内部；
S4:中央处理单元(1)在将数据整理好后，将数据经由图像分析模块(7)分析后输入到诊断模块(6)的内部，诊断模块(6)的内部的AI分析模块(11)开始对患者的数据进行初步分析，同时医师也可以通过手动诊断模块(12)和操作模块(13)对患者进行诊断；
S5:诊断模块(6)得出诊断的意见数据和结果之后，将数据传入到数据发送模块(8)的内部，数据发送模块(8)将信息汇总传输到接收终端。
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