[发明专利]一种骨密度检测设备和检测方法

权利要求书

1.一种利用骨密度检测设备进行非诊断或治疗目的的骨密度检测的方法，其特征是，

所述骨密度检测设备基于磁共振T₂弛豫时间谱检测骨密度，包括计算机控制终端(1)、单板磁共振控制器单元(2)、信号放大及开关控制单元(3)和磁体单元(4)，所述计算机控制终端(1)连接单板磁共振控制器单元(2)，单板磁共振控制器单元(2)与信号放大及开关控制单元(3)相连接，信号放大及开关控制单元(3)和磁体单元(4)相连接；所述单板磁共振控制器单元(2)用于产生磁共振序列和采集得到原始磁共振信号；所述信号放大及开关控制单元(3)用于放大采集到的信号和控制射频线圈的开关；所述磁体单元(4)用于保持检测区域环境的恒温和构建区域静磁场；所述计算机控制终端(1)用于控制骨密度检测设备的工作流程，同时接收并处理所述单板磁共振控制器单元(2)采集到的信号，从而得到T2弛豫时间谱；

所述骨密度检测的方法包括如下步骤：

1)将一组测量样本置于所述骨密度检测设备的磁场中心位置，采用自旋回波脉冲序列进行测量，得到每组测量样本的原始磁共振信号，作为每组测量样本的自旋回波信号数据；

2)将步骤1)得到的自旋回波信号数据通过数学反演，得到T₂弛豫时间谱；

3)将T₂弛豫时间与生物骨密度之间存在的线性对应关系通过式4表示，式4中的K值和C值通过将不同样本的T₂弛豫时间谱与双能X射线骨密度仪测定得到的相应骨密度数据进行回归分析得到；

BMD＝K·T₂+C (式4)

式4中，BMD为骨密度(Bone Mineral Density)，单位为g/cm²；T₂为被测样品皮质骨的T₂弛豫时间数据，单位为μs；K为常数，单位为g/(cm²﹒μs)；C为常数，单位为g/cm²；K值和C值随着生物种类不同、性别不同和/或年龄不同取值不同；

4)利用步骤2)得到的T₂弛豫时间谱，根据式4计算得到检测骨密度，完成骨密度检测。

2.如权利要求1所述骨密度检测的方法，其特征是，步骤2)将测得的自旋回波信号数据进行数学反演处理，得到T₂弛豫时间谱；所述数学反演为变换反演算法，具体包括如下步骤：

21)测量得到的自旋回波信号数据y(t)是一系列单个孔隙自旋回波信号的叠加，通过式11表示；通过求解式11得到相应的T₂弛豫时间谱；式11为：

式11中，y(t)为自旋回波信号数据；f_i为第i类孔隙在总孔隙中所占的份额；T_2i为第i类孔隙的T₂弛豫时间；τ为回波间隔时间；ε(t)为随机噪声序列；

22)通过构建目标函数式12，求解式11：

式12中，M＝[m_ij]＝[exp(-t_i/T_2j)]，m_ij＝exp(-t_i/T_2j)；λ为平滑因子；f＝(f₁,f₂,…,f_m)^T为幅度；χ²为相应的目标函数；y_i为选取的n维时域中第i维对应的磁共振信号；f_j为m维T2空间域中第j维对应的孔隙在总孔隙中所占的份额；y为自旋回波信号数据；

23)对步骤22)中的幅度f的第k(k＝1,2,…,m)个分量求极值，并使其等于0，得式13：

(M^TM)·f+λI_m×m·f＝M^T·y (式13)

式13中，I_m×m为m×m阶单位矩阵；M＝[m_ij]＝[exp(-t_i/T_2j)]，m_ij＝exp(-t_i/T_2j)；λ为平滑因子；f＝(f₁,f₂,…,f_m)^T为幅度；y为自旋回波信号数据；

24)对式13做线性变化，令f＝M^T·c代入式13，设定一λ值，通过式14求出方程式11的最小二乘解：

式14中，为n维幅度值的解；n的个数为布点数，对应n个T₂弛豫时间值。