一种一站式多延迟动脉自旋标记肾脏灌注测量方法及系统

本发明属于磁共振成像，具体涉及一种一站式多延迟动脉自旋标记肾脏灌注测量方法及系统。

背景技术：

1、肾脏是人体的主要器官之一，是体内平衡的主要调节器，具有维持体液成分正常、排泄外来及代谢废物、调节血压、生成激素等重要生理作用。肾脏的慢性或急性损伤可能导致贫血、高血压、心衰、酸碱平衡紊乱、消化道疾病、矿物质骨代谢异常、甲状旁腺功能亢进和中枢神经系统障碍等一系列严重并发症，显著降低患者生存质量，甚至危及患者生命。

2、肾动脉及邻近腹主动脉等大动脉狭窄、肾脏微血管功能障碍、低血压、出血、心输出量降低等皆可能导致肾脏灌注降低，进而导致肾脏急性或慢性缺血，造成肾功能损伤。目前，肾灌注已成为临床上除肾小球滤过率(gfr)外主要的肾功能替代指标。常用的传统肾脏组织灌注定量成像方法包括动态增强计算机断层扫描(dce-ct)技术和动态增强磁共振成像(dce-mri)技术。然而，由于此类动态增强技术需要注射具有肾毒性的造影剂，因此其对肾功能不全患者的应用存在一定局限性，多数相关检查会采用低剂量造影剂或安排检后透析以降低相关风险。正电子发射断层扫描(pet)可通过追踪正电子发射核素标记血液评估肾灌注，然而pet成像成本较高，目前仍难以成为临床常规检查方法，且患者亦受到电离辐射伤害。

3、不同于dce-ct、dce-mri、pet等需注射造影剂的传统肾灌注评价方法，磁共振动脉自旋标记(asl)技术利用动脉血液中水的磁化标记作为内源性示踪剂，无需注射造影剂，可减免肾功能不全患者的检查负担。

4、然而，目前针对肾脏的asl仍存在较多问题与挑战。为实现无造影剂注射灌注测量，asl技术需利用射频脉冲对血液中的氢原子进行磁化标记，分别在被标记血液和未标记血液流入靶向器官后采集标记图像(label)和对照图像(control)，两图像相减即可得到灌注加权的asl信号。利用asl动力学模型拟合asl信号，可得到靶器官的具体灌注值。各体素中的asl信号会随标记后延迟时间(pld)变化。在asl研究中，pld的设定至关重要，较长的pld允许更大容量的标记血液运送至靶器官，但代价是由于t1衰减导致的asl信号损失。因此，最佳的pld设置点应处于asl信号变化曲线的峰值附近，即标记血液到达时间(bat)附近。较于颅脑，肾脏bat受年龄、个体差异及各种病理因素影响更大，相关肾脏asl研究报道的pld选择范围跨度极大(0.9～2.3s)。因此，由于无法确定合适的pld，常用于颅脑检查的单一延迟时间asl技术在肾脏上的应用存在较大缺陷。传统的多延迟时间asl则需要重复多次扫描单一延迟时间asl序列，成像时间长、操作繁琐，因此难以应用于临床。目前尚无基于时间编码的一站式多延迟肾脏动脉自旋标记技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是为填补已有技术空白之处，提出一种一站式多延迟动脉自旋标记肾脏灌注测量方法及系统。本发明可针对肾脏进行一站式多延迟肾脏灌注定量成像，缩减成像时间，提高成像效率，填补了针对肾脏的一站式多延迟动脉自旋标记技术空白。

2、本发明第一方面实施例提出一种一站式多延迟动脉自旋标记肾脏灌注测量方法，包括：

3、获取受试者的基于时间编码的肾脏动脉自旋标记序列图像；

4、获取所述受试者的肾脏m0图像，所述m0图像与所述肾脏动脉自旋标记序列图像的层数、分辨率及图像采集模式均一致；

5、通过对所述肾脏动脉自旋标记序列图像和所述m0图像进行配准，以得到所述受试者的肾脏灌注测量结果。

6、在本发明的一个具体实施例中，所述基于时间编码的肾脏动脉自旋标记序列图像通过在磁共振扫描仪上设置肾脏动脉自旋标记序列获取；

7、所述肾脏动脉自旋标记序列由n个循环组成，n≥4且为4的整数倍；其中，每个循环包括：预饱和脉冲环节、动脉自旋标记环节、标记后延迟环节及数据采集环节；

8、所述预饱和脉冲环节使用单个饱和脉冲或组合式饱和脉冲，用于在所述动脉自旋标记环节之前，使得成像层面的信号置零，以消除由于不完全弛豫造成的误差；

9、所述动脉自旋标记环节用于按照设定的编码发射射频脉冲，以实现对所述受试者将流经肾脏的血液进行标记；

10、所述标记后延迟环节用于等待标记的血液从标记层面流入所述受试者的肾脏；

11、所述数据采集环节用于采集所述受试者肾脏的图像。

12、在本发明的一个具体实施例中，所述动脉自旋标记环节为一个由n-1个标记块和控制块构成的组合，其中在所述标记块时标记血液信号，在所述控制块时保持血液信号不变；所述标记块和控制块均由连续的小角度射频脉冲和梯度组成，以使得标记块的理想累积相位为2π，控制块的理想累积相位为0；所述射频脉冲按照预设的时间编码矩阵进行发射，所述时间编码矩阵的大小为n*(n-1)。

13、在本发明的一个具体实施例中，所述时间编码矩阵的构建方法为：

14、对由n个循环的动脉自旋标记环节所形成的n阶方阵进行编码得到大小为n*n的初始编码矩阵，其中，所述初始编码矩阵中将标记块记为+1，控制块记为-1，所述初始编码矩阵hn满足hn*hn’＝ni，其中hn’为hn的转置，i为单位矩阵；删除初始编码矩阵中全为+1的一列，即得到大小为(n-1)*n的时间编码矩阵。

15、在本发明的一个具体实施例中，在所述获取受试者的基于时间编码的肾脏动脉自旋标记序列图像之前，所述方法还包括：

16、对所述肾脏动脉自旋标记序列进行定位，以确定所述肾脏动脉自旋标记序列在所述受试者腹部的成像框位置。

17、在本发明的一个具体实施例中，在所述获取所述受试者的肾脏m0图像之前，所述方法还包括：

18、对所述m0图像的采集序列进行定位，所述m0图像的采集序列的定位结果与所述肾脏动脉自旋标记序列的定位结果一致。

19、在本发明的一个具体实施例中，所述通过对所述肾脏动脉自旋标记序列图像和所述m0图像进行配准，以得到所述受试者的肾脏灌注测量结果，包括：

20、1)利用基于非刚性组配准算法，将所述肾脏动脉自旋标记序列图像按层进行配准得到初步配准后的所述肾脏动脉自旋标记序列图像，其中所述肾脏动脉自旋标记序列图像的数量＝n×平均次数×层数，所述平均次数为采集所述肾脏动脉自旋标记序列图像时完成的所述肾脏动脉自旋标记序列的次数；

21、2)利用非刚性或刚性配准算法，将经过步骤1)得到的初步配准后的所述肾脏动脉自旋标记序列图像与所述m0图像按层进行配准，得到最终配准后的所述肾脏动脉自旋标记序列图像；

22、3)基于所述最终编码矩阵，对所述最终配准后的所述肾脏动脉自旋标记序列图像进行解码并平均，得到不同延迟时间下的肾脏灌注加权图像，所述肾脏灌注加权图像的数量为(n-1)×层数；

23、4)使用针对动脉自旋标记的动力学模型，对步骤3)得到的所述不同延迟时间下的肾脏灌注加权图像进行拟合，获取肾脏血流灌注定量图与动脉渡越时间定量图，即为所述受试者的肾脏灌注测量结果。

24、本发明第二方面实施例提出一种一站式多延迟动脉自旋标记肾脏灌注测量装置，包括：

25、肾脏动脉自旋标记序列图像获取模块，用于获取受试者的基于时间编码的肾脏动脉自旋标记序列图像；

26、m0图像获取模块，用于获取所述受试者的肾脏m0图像，所述m0图像与所述肾脏动脉自旋标记序列图像的层数、分辨率及图像采集模式均一致；

27、后处理模块，用于通过对所述肾脏动脉自旋标记序列图像和所述m0图像进行配准，以得到所述受试者的肾脏灌注测量结果。

28、本发明第三方面实施例提出一种电子设备，包括：

29、至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

30、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行上述一种一站式多延迟动脉自旋标记肾脏灌注测量方法。

31、本发明第四方面实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述一种一站式多延迟动脉自旋标记肾脏灌注测量方法。

32、本发明的特点及有益效果：

33、传统的肾脏多延迟动脉标记技术需要多次重复单延迟动脉标记扫描，从而扫描时间过长、扫描流程复杂。本发明采用基于时间编码的动脉自旋标记技术实现了一站式多延迟肾脏灌注图像的采集，通过回顾性配准等后处理流程实现了多延迟肾脏灌注定量，较于传统技术大幅缩减成像时间、提高成像效率。本发明使得多延迟肾脏灌注定量成像有可能应用于临床进行肾病的常规诊断和评价，填补了针对肾脏的一站式多延迟动脉自旋标记技术空白。