[发明专利]一种肺部气道微结构模型的测量方法

说明书

本发明公开了一种肺部气道微结构模型的测量方法，收集惰性气体，获得成像对象肺部的位置信息，成像对象将惰性气体吸入到肺部，获得成像对象多扩散敏感因子扩散加权磁共振欠采样成像的原始数据，对成像对象多扩散敏感因子扩散加权磁共振欠采样成像的原始数据根据非线性迭代重建算法进行处理，获得成像对象的多扩散敏感因子扩散加权磁共振成像测量信号S，根据成像对象的多扩散敏感因子扩散加权磁共振成像测量信号S和多扩散敏感因子b进行非线性拟合得到肺泡通道的半径r和外半径R。本发明的肺部气道微结构模型空间填充紧密，符合肺部微结构的拓扑学性质。可以无创获得肺部的多个微结构参数，便于对肺部进行全面评价。

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种肺部气道微结构模型的测量方法。适用于以超极化气体为造影剂的磁共振成像的肺部气道疾病研究，如慢性阻塞性肺疾病、哮喘、分子影像等。

背景技术

肺部是人体主要的呼吸器官，其生理状态影响人体的健康状况。临床常用的肺部影像学检查包括胸片、CT、核素成像(SPECT、PET)等，但是这些方法均具有电离辐射或放射性，不适用于短期内频繁检查。磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)无电离辐射性或放射性，能够对人体大部分组织和器官进行成像。但是肺部为空腔结构，其水质子密度是肌肉组织低约1000倍，因此肺部在磁共振成像中为盲区。传统的磁共振成像根据样品中的观测核在磁场中受到射频脉冲(radio frequency pulse,RF pulse)的激励而发生核磁共振的现象，使用梯度线圈对样品进行空间编码，利用电子系统接收到样品产生的磁共振信号，将其进行频谱变换，重建出磁共振图像。常规的MRI多用于水或脂质中的H原子。对于惰性气体原子，通常利用自旋交换光抽运的方法，使得其非热平衡时的磁化矢量远高于稳态，即惰性气体核获得了较高的极化度，这种方法称为超极化气体技术。H气和惰性气体在室温条件下，核自旋极化度一般为10^-6量级，而超极化技术可将惰性气体的核自旋极化度增加4-5个量级，以弥补原子密度较低的因素，实现超极化气体磁共振成像。这使得肺部磁共振成像成为可能。

肺主要由肺实质和肺间质组成。肺实质主要包括各级支气管及肺泡，随支气管级数增加，肺部气道的拓扑结构趋近于二维结构。Weibel等基于肺部组织切片的信息提出一种肺部支气管模型(Weibel模型)，该模型认为肺腺泡由圆柱形的肺泡通道及包裹在肺泡通道周围的肺泡构成，该模型能较好地解释肺部病变导致的肺部气道微结构变化。在超极化气体肺部磁共振成像中，扩散加权磁共振成像(diffusion-weighted MRI,DWI)可用于表征肺部气道微结构信息。其中基于DWI的肺部气道微结构模型包括Q空间模型、DKI模型、单室模型、圆柱模型等。其中圆柱模型基于Weibel模型并进一步发展，能够提取肺部气道微结构的内径、外径、平均肺泡长度、肺泡表面体积比等参数，因而在研究中应用较多。该模型基于圆柱体，其拓扑性质决定其空间填充率并不是最高，但是肺部气道微结构填充紧密，因此需要发展一种新的肺部气道微结构模型。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种肺部气道微结构模型的测量方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种肺部气道微结构模型的测量方法，包含以下步骤：

步骤1、收集惰性气体，收集得到的惰性气体保存为气态或固态，

步骤2、对成像对象进行胸腔质子MR成像，获得成像对象肺部的位置信息

步骤3、成像对象将惰性气体吸入到肺部，

步骤4、设定多扩散敏感因子b，然后根据步骤2获得的成像对象肺部的位置信息对成像对象进行基于欠采样的二维多扩散敏感因子扩散加权磁共振成像或三维多扩散敏感因子扩散加权磁共振成像，获得成像对象多扩散敏感因子扩散加权磁共振欠采样成像的原始数据，