一种氧摄取分数的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种氧摄取分数的计算方法，包括对Yablonskiy和Haacke模型中的氧饱和分数采用动脉血管氧饱和分数、毛细血管氧饱和分数和静脉血管的氧饱和分数加权平均进行分析确认，毛细血管氧饱和分数由动脉血管氧饱和分数和静脉血管氧饱和分数之间的加权确定，将模型转化为只有动脉血管、静脉血管氧饱和分数的模型参数，利用OEF与动脉血管氧饱和分数、静脉血管氧饱和分数之间的关系重新建立MR信号与OEF之间的关系，计算OEF值。本申请充分考虑了脱氧血红蛋白所在的血管成分对氧饱和分数的贡献，使其适用于由外界因素所引起的血氧变化，由于考虑了动脉、毛细血管和静脉的血氧贡献，进一步提高了OEF的评估准确性。进一步提高了OEF的评估准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种氧摄取分数的计算方法


[0001]本专利技术涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种氧摄取分数的计算方法。

技术介绍

[0002]氧摄取分数(Oxygen Extraction Fraction，OEF)定义为血液流经毛细血管床时组织从血液中获取以维持功能和形态完整性的血氧比例，即耗氧量与供氧量的比值，是衡量大脑内稳态的重要生理参数。OEF因与氧消耗密切相关，从而可以直接反映组织的可持续性和活跃性，是组织健康和功能的重要生理指标。
[0003]基于磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技术测量OEF主要是利用了血液中具有抗磁性的含氧血红蛋白被组织摄取氧后变成了具有顺磁性的脱氧血红蛋白从而导致MR信号损失的原理。根据这一原理，Yablonskiy和Haacke建立了血氧饱和分数与MR信号变化的关系。但在实际应用中，人们常常将血氧饱和分数假设为1来简化OEF的计算，即只考虑静脉血的贡献。然而当生理状态发生改变(环境、病理等)时，动脉血氧饱和分数就不能简单的认为是1，这就使得现有的OEF计算方法受到限制。此外，研究表明各血管成分(动脉、静脉、毛细血管)对血氧饱和分数都有贡献，忽略部分血管的贡献可能会影响OEF的正确评估。
[0004]因此，目前OEF的计算方法具有局限性和不准确性。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种氧摄取分数的计算方法，充分考虑了脱氧血红蛋白所在的血管成分对氧饱和分数的贡献，使其适用于由外界因素所引起的血氧变化，考虑了动脉、毛细血管和静脉的血氧贡献，进一步提高了OEF的评估准确性。
[0006]本专利技术提供了一种氧摄取分数的计算方法，包括对Yablonskiy和Haacke模型中的氧饱和分数采用动脉血管氧饱和分数、毛细血管氧饱和分数和静脉血管的氧饱和分数加权平均进行分析确认，所述毛细血管氧饱和分数由动脉血管氧饱和分数和静脉血管氧饱和分数之间的加权确定，将模型转化为只有动脉血管、静脉血管氧饱和分数的模型参数，利用OEF与动脉血管氧饱和分数、静脉血管氧饱和分数之间的关系重新建立MR信号与OEF之间的关系，计算OEF值。
[0007]以上所述的计算方法，其中，所述Yablonskiy和Haacke模型中，R2′
与氧饱和分数Y的关系为：
[0008][0009]其中，γ为旋磁比；Δχ0为全含氧血红蛋白与全脱氧血红蛋白的磁敏感系数差，Hct为血红细胞比容分数，B0为主磁场强度，fCBV为静脉血体积分数。
[0010]以上所述的计算方法，其中，所述γ＝2.675
×
108s
‑1T
‑1；所述Δχ0＝0.264ppm，所述Hct＝0.35。
[0011]以上所述的计算方法，其中，氧饱和分数Y使用动脉、毛细血管和静脉的加权平均进行估计，即：
[0012]Y＝ω
a
·
Y
a
+ω
c
·
Y
c
+ω
v
·
Y
v
ꢀꢀꢀ
(2)
[0013]其中，ω
a
、ω
c
、ω
v
分别为动脉血体积分数、毛细血管体积分数和静脉血体积分数，Y
a
、Y
c
、Y
v
分别为动脉血氧饱和分数、毛细血管氧饱和分数和静脉血氧饱和分数。
[0014]将毛细血管体积分数ω
c
设定为0.4，毛细血管氧饱和分数由动脉氧饱和分数和静脉氧饱和分数之间的加权确定：
[0015]Y
c
＝0.4
·
Y
a
+0.6
·
Y
v
ꢀꢀꢀ
(3)
[0016]以上所述的计算方法，其中，将公式(3)带入公式(2)可得：
[0017]Y＝α
·
Y
a
+(1
‑
α)
·
Y
v
ꢀꢀꢀ
(4)
[0018]其中，α＝ω
a
+0.16，ω
a
＝0.2，ω
v
＝0.4。
[0019]以上所述的计算方法，其中，静脉血氧饱和分数的计算公式为：
[0020]Y
v
＝Y
a
‑
OEF
·
Y
a
ꢀꢀꢀ
(5)
[0021]其中，Y
a
为SaO2/100。
[0022]以上所述的计算方法，其中，所述MR信号通过多回波非对称性自旋回波序列采集，并对采集的MR信号进行预处理。
[0023]以上所述的计算方法，其中，所述预处理包括运动校正、图像配准以及高斯平滑。
[0024]以上所述的计算方法，其中，所述预处理步骤后还包括对回波数据进行以下分析：
[0025](1)使用一对关于自旋回波对称获取的梯度回波图像，根据单指数衰减模型计算MR信号衰减的不可逆部分的弛豫率R2的影响；
[0026](2)将后四个梯度回波信号使用线性最小二乘曲线拟合得到R
2*
和自旋回波信号强度；
[0027](3)R2′
由计算公式R2′
＝R
2*
‑
R2得到；
[0028](4)通过由步骤(2)计算得出的自旋回波信号强度与实际采集得到的自旋回波强度的对数之差，得到静脉血体积分数(fCBV)。
[0029]有益效果
[0030]1.本专利技术适用于所有生理、病理状态的氧摄取分数计算。
[0031]2.本专利技术适用于所有基于Yablonskiy和Haacke模型计算OEF的方法。
[0032]3.本专利技术提供的一种基于多血管成分模型的OEF计算方法，充分地考虑了脱氧血红蛋白所在的血管成分对氧饱和分数的贡献，使其适用于由外界因素所引起的血氧变化。此外，由于考虑了动脉、毛细血管和静脉的血氧贡献，进一步提高了OEF的评估准确性。
附图说明
[0033]图1是标准空气和低氧下右手握拳运动任务下得到的OEF激活图；
[0034]图2是OEF激活体素个数与SaO2的关系图；
[0035]图3是OEF分别在只考虑静脉贡献和考虑三种血管(动脉、毛细血管和静脉)贡献下基线值与激活值。
具体实施方式
[0036]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0037]本专利技术招募了21名受试者，其中13名男性，平均年龄为24.33
±
2.99岁。所有受试者都没有神经和呼吸系统疾异常病史。该实验通过了当地的伦理审查，且每个受试者都填写了书面知本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧摄取分数的计算方法，其特征在于，包括对Yablonskiy和Haacke模型中的氧饱和分数采用动脉血管氧饱和分数、毛细血管氧饱和分数和静脉血管的氧饱和分数加权平均进行分析确认，所述毛细血管氧饱和分数由动脉血管氧饱和分数和静脉血管氧饱和分数之间的加权确定，将模型转化为只有动脉血管、静脉血管氧饱和分数的模型参数，利用OEF与动脉血管氧饱和分数、静脉血管氧饱和分数之间的关系重新建立MR信号与OEF之间的关系，计算OEF值。2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述Yablonskiy和Haacke模型中，R2′
与氧饱和分数Y的关系为：其中，γ为旋磁比；Δχ0为全含氧血红蛋白与全脱氧血红蛋白的磁敏感系数差，Hct为血红细胞比容分数，B0为主磁场强度，fCBV为静脉血体积分数。3.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述γ＝2.675
×
108s
‑1T
‑1；所述Δχ0＝0.264ppm，所述Hct＝0.35。4.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，氧饱和分数Y使用动脉、毛细血管和静脉的加权平均进行估计，即：Y＝ω
a
·
Y
a
+ω
c
·
Y
c
+ω
v
·
Y
v
ꢀꢀꢀ
(2)其中，ω
a
、ω
c
、ω
v
分别为动脉血体积分数、毛细血管体积分数和静脉血体积分数，Y
a
、Y
c
、Y
v
分别为动脉血氧饱和分数、毛细血管氧饱和分数和静脉血氧饱和分数。5.如权利要求4所述的计算方法，其特征在于，将毛细血管体积分数ω
c
设定为0.4，毛细血管氧饱和分数由动脉氧饱和分数和静脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷雅彦，卢洁，
申请(专利权)人：首都医科大学宣武医院，
类型：发明
国别省市：