无创检测颈内外侧支循环的设备、非诊断方法及应用技术

本发明专利技术提供一种无创检测颈内外侧支循环的设备，该设备包括编码单元、标记单元、修正单元、解码单元、计算单元和检测单元。本发明专利技术还提供了无创检测颈内外侧支循环设备用于栓塞或缺血性疾病检测和诊断的产品中的应用及一种无创检测颈内外侧支循环的非诊断方法。

Non invasive device for detecting internal and external collateral circulation of neck, non diagnostic method and Application

The invention provides a non-invasive device for detecting the internal and external collateral circulation of a neck, comprising a coding unit, a marker unit, a correction unit, a decoding unit, a computing unit, and a detection unit. The invention also provides the non-invasive application of an internal and external collateral circulation device for the detection and diagnosis of embolism or ischemic disease, and a non-invasive diagnostic method for detecting the collateral circulation inside and outside the neck.

【技术实现步骤摘要】
无创检测颈内外侧支循环的设备、非诊断方法及应用
本专利技术属于侧支循环检测领域，具体而言，本专利技术涉及一种无创检测颈内外侧支循环的设备、非诊断方法及应用。
技术介绍
脑血管疾病是导致人类死亡的三大疾病之一。由于其发病率和致残率极高，现已经成为严重威胁人类健康的常见疾病。当脑血管发生病变的时候，脑部侧支循环作为脑血管网络的备用系统，可以在原来的血流通路失效的情况下保持脑血流量的稳定，为避免发生脑缺血事件提供了重要的保护机制。其中，侧支循环包括原发侧支循环(即颅底Willis环的前交通动脉、后交通动脉)和继发侧支循环(通过颈外动脉或软脑膜系统建立起来的侧支)。一般认为在缺血事件的早期，原发侧支循环会首先发挥作用，提供较大血流量，而继发侧支循环则是在原发侧支循环不发育或仍无法维持正常灌注时才出现，为病变区域的脑组织进一步提供额外血供来源。血管内支架成形术(CarotidAngioplastyandStenting，CAS)已成为广大临床医生治疗颈动脉狭窄的重要选择。然而在手术中需要阻断颈内动脉，所以术前患者是否存在侧支循环对于制定手术方案有非常重要的作用。如果术前病人的侧支形成良好，阻断颈内动脉后，就不需要再进行颈动脉转流。否则，长时间阻断狭窄的颈内动脉，会造成同侧大脑的脑组织缺血，进而发生脑梗死。此外，对于颅内段血管严重狭窄或闭塞的患者，颅内外血管搭桥手术(ExternalCarotid-InternalCarotidbypass,ECICbypass)是重要的治疗方法。搭桥手术通过建立颈外动脉分支(多为颞浅动脉)与大脑中动脉分支之间的通路，使得颈外来源的血流可以为脑实质提供代偿血供。而术后该人为建立的侧支循环血流是否形成充分则是搭桥手术成功与否的关键所在。因此，侧支循环的检测技术对于脑血管狭窄或阻塞患者治疗方案的指导以及治疗效果的评估都扮演着非常重要的角色。目前在临床中，数字减影血管造影术(DigitalSubtractionAngiography，DSA)作为临床中侧支循环检查的金标准，可清楚地显示动脉管腔狭窄、闭塞及侧支循环建立情况等。但是，该血管造影术是有创的，需要注射一种会对肾脏有害的碘化造影剂，并可能存在电离辐射的危害；此外，DSA还存在一定的其他并发症风险，如引发栓塞或缺血性疾病的发生。而且，随着医学影像技术的进步，人们也不仅仅希望从影像学手段中获取诸如血管形态、血流流速等诊断信息，更需要从中获取各血管的灌注区域及定量的灌注信息。许多脑血管病变都伴随着血供的改变，所以脑组织灌注的定量研究和评价将为临床治疗方案制定、疗效判断和预后的重要依据。因此，在脑血管疾病的研究和诊疗中，侧支循环血流的灌注测量尤为重要。常用的脑灌注成像手段(如单光子发射断层扫描，动态灌注计算机断层扫描等)只能提供全脑的灌注情况，并不能够为临床医生提供灌注区域的血供来源信息。近年来随着磁共振成像技术的不断发展，基于伪连续动脉自旋标记的血管编码灌注成像技术(Vessel-encodedArterialSpinLabeling,VEASL)作为一种完全无创的区域灌注成像方法通过对标记层面的三至四根颈内动脉血管进行编码，可以提供颈内血管的灌注信息，进而部分反映原发侧支循环的灌注情况。然而到目前为止并没有任何一种成像技术可以对颈外来源侧支循环的灌注情况进行检测。
技术实现思路
因此，为克服上述现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种无创检测颈内外侧支循环的设备、非诊断方法及应用。具体地，为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术的第一方面提供了一种无创检测颈内外侧支循环的设备，所述设备包括，编码单元，构造新的编码矩阵，根据编码矩阵的设置，在磁共振扫描时调制血管位置处的相位进行编码；标记单元，根据构造的编码矩阵，对标记层面内预定的血管处的相位进行调制，进行血管选择性编码标记；修正单元，通过计算实际标记效率，修正编码矩阵；解码单元，对修正后的编码矩阵进行求逆运算，通过求解编码矩阵A的逆矩阵A-1，分别得到左右颈内动脉、基底动脉和颈外动脉的灌注区域图像；计算单元，对各脑区具体的脑血流量进行计算；检测单元，通过灌注区域的变化进行侧支循环的形成情况的检测。根据本专利技术第一方面的设备，所述新的编码矩阵为，其中，E代表颈外动脉，R代表右颈内动脉，L代表左颈内动脉，B代表基底动脉，S代表静态组织。根据本专利技术第一方面的设备，所述新的编码矩阵是经过三次空间编码实现的，以区分颈内动脉、基底动脉和颈外动脉的灌注区域。构造所述新的编码矩阵可以依次包括如下步骤，第一空间编码步骤，在颈内动脉的水平方向上施加编码梯度，编码波长为两根颈内动脉之间的距离；第二个空间编码步骤，在颈内动脉的水平方向上施加编码梯度，编码波长为两根颈内动脉之间的距离；第三个空间编码步骤，在颈内动脉的垂直方向上施加编码梯度。根据本专利技术第一方面的设备，所述修正单元通过灌注数据拟合分析得到每个血管的实际标记效率。根据本专利技术第一方面的设备，所述修正单元依次包括如下步骤，采集非选择性动脉标记技术的标记像和对照像的数据，获得全脑非选择性灌注信号强度；计算血管编码扫描时的灌注信号强度与全脑非选择性灌注信号强度的比值，并绘制所得比值的分布直方图；利用高斯函数拟合得到该直方图上的极点，作为每根标记血管的实际标记效率，用于修正编码矩阵。根据本专利技术第一方面的设备，所述计算单元依次包括如下步骤，采集灌注图像数据、磁场不均匀性的数据和脑脊液的数据；对各脑区具体的脑血流量进行计算。根据本专利技术第一方面的设备，所述对各脑区具体的脑血流量进行计算的步骤依次包括如下步骤，使用种子生长对脑组织区域进行分割，以去除颅外的背景噪声及头皮部分，余下的脑组织区域即作为后面计算平均脑血流量的感兴趣区域；使用最小误差和的准则对最小对比图中的数据进行拟合，得到一个二次曲面，作为射频线圈灵敏度分布图，并对拟合结果进行归一化处理；使用归一化的射频线圈灵敏度分布图对动脉自选标记的灌注图像数据以及脑脊液的信号进行校正；通过标记像与对照像成对相减得到灌注信号，之后对同一体素对应的不同时间点采集的灌注信号强度求平均，作为该体素的灌注信号强度；在经过B1场不均匀性校正后的脑脊液信号图上找到最强的信号值作为脑脊液信号；根据计算得到的脑脊液信号值和动脉血信号值之间的关系计算得到同等状态下的动脉血的信号值，计算关系为：S0Blood＝0.93·S0CSF，其中S0Blood为完全弛豫状态下血液磁化强度对应信号值，S0CSF为采集到经过校正的脑脊液信号值；通过对各个成像层面数据实际采集时间与标记时间之间延时的计算，对标记后的血液信号再进行由于T1弛豫引起的信号衰减的校正，标记延时的计算方法为：Td(i)＝pld+sld×(i-1)，其中Td(i)为第i层成像平面对应的标记时间延时，pld为第一层成像层面对应的标记时间延时，sld为相邻两个成像层面之间数据采集对应的时间延时；计算各体素内脑组织的脑血流量CBF：其中α为标记效率因子，T1B为血液T1弛豫时间，pcasl为伪连续动脉自选标记标记脉冲施加时间长度。本专利技术的第二方面提供了前述的设备用于栓塞或缺血性疾病检测和诊断的产品中的应用。根据本专利技术第二方面的用途，所述疾病为脑血管缺血性疾病。本专利技术的第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无创检测颈内外侧支循环的设备，其特征在于，所述设备包括，编码单元，构造新的编码矩阵，根据编码矩阵的设置，在磁共振扫描时调制血管位置处的相位进行编码；标记单元，根据构造的编码矩阵，对标记层面内预定的血管处的相位进行调制，进行血管选择性编码标记；修正单元，通过计算实际标记效率，修正编码矩阵；解码单元，对修正后的编码矩阵进行求逆运算，通过求解编码矩阵A的逆矩阵A

【技术特征摘要】
1.一种无创检测颈内外侧支循环的设备，其特征在于，所述设备包括，编码单元，构造新的编码矩阵，根据编码矩阵的设置，在磁共振扫描时调制血管位置处的相位进行编码；标记单元，根据构造的编码矩阵，对标记层面内预定的血管处的相位进行调制，进行血管选择性编码标记；修正单元，通过计算实际标记效率，修正编码矩阵；解码单元，对修正后的编码矩阵进行求逆运算，通过求解编码矩阵A的逆矩阵A-1，分别得到左右颈内动脉、基底动脉和颈外动脉的灌注区域图像；计算单元，对各脑区具体的脑血流量进行计算；检测单元，通过灌注区域的变化进行侧支循环的形成情况的检测。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述新的编码矩阵为，其中，E代表颈外动脉，R代表右颈内动脉，L代表左颈内动脉，B代表基底动脉，S代表静态组织。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述新的编码矩阵是经过三次空间编码实现的，以区分颈内动脉、基底动脉和颈外动脉的灌注区域；优选地，构造所述新的编码矩阵依次包括如下步骤，第一空间编码步骤，在颈内动脉的水平方向上施加编码梯度，编码波长为两根颈内动脉之间的距离；第二个空间编码步骤，在颈内动脉的水平方向上施加编码梯度，编码波长为两根颈内动脉之间的距离；第三个空间编码步骤，在颈内动脉的垂直方向上施加编码梯度。4.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述修正单元通过灌注数据拟合分析得到每个血管的实际标记效率。5.根据权利要求1-4任一项所述的设备，其特征在于，所述修正单元依次包括如下步骤，采集非选择性动脉标记技术的标记像和对照像的数据，获得全脑非选择性灌注信号强度；计算血管编码扫描时的灌注信号强度与全脑非选择性灌注信号强度的比值，并绘制所得比值的分布直方图；利用高斯函数拟合得到该直方图上的极点，作为每根标记血管的实际标记效率，用于修正编码矩阵。6.根据权利要求1-5任一项所述的设备，其特征在于，所述计算单元依次包括如下步骤，采集灌注图像数据、磁场不均匀性的数据和脑脊液的数据；对各脑区具体的脑血流量进行计算。7.根据权利要求6所述的设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：党祎，张珏，王霄英，吴冰，
申请(专利权)人：中国科学院心理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11