空间分辨显示脑功能活动变化方法及核自旋断层造影设备技术

一种借助磁核自旋共振空间分辨地显示被观察生命体脑部功能性活动变化的方法，包括以下步骤： －在改变偏转角和回波时间（ＴＥ）的条件下，产生时间上前后衔接的生命体脑部磁共振图像（３０），其中，使用或不使用外界激励对该生命体进行刺激； －对每个像素（３１）计算与在时间上前后衔接的图像中同一像素（３１）相关的噪声分量（σ）； －将每个像素（３１）的噪声分量（σ）分解为与偏转角无关的第一噪声分量（σ↓［Ｔ］）和与偏转角相关的第二噪声分量（σ↓［Ｐ］）； －将每个像素（３１）噪声分量（σ）的第二噪声分量（σ↓［Ｐ］）分解为与回波时间（ＴＥ）无关的第三噪声分量（σ↓［ＮＢ］）和与回波时间（ＴＥ）相关的第四噪声分量（σ↓［Ｂ］）；以及 －将这样获得的每个像素（３１）噪声分量（σ）的第四噪声分量（σ↓［Ｂ］）用于检测被观察生命体脑神经活动的变化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种借助磁核自旋共振，空间分辨地显示被观察生命体脑部功能性活动的方法以及核自旋断层造影设备。
技术介绍
已公知可以利用核自旋断层造影检测例如通过外部激励引起的人体大脑表层中的脑活动。对于这样一种外部激励，例如可以是视觉或听觉刺激。一个典型的利用核自旋断层造影实施的实验是所谓的“fMRI-BOLD”实验。在此，“fMRI”代表功能性磁共振断层造影，BOLD代表“血氧水平依赖”(blood oxygenation level dependent)(依赖于血中的含氧量)。功能性磁共振断层造影的目标在于，精确探测被观察生命体由特定激励引起的脑部活动的变化。由此，例如在手术摘除脑部肿瘤之前，将脑部功能中心与肿瘤分开，以避免对患者脑部重要功能区域的损伤。BOLD效应以血液中氧化血红蛋白和去氧血红蛋白的不同磁特性为基础。与逆磁性氧化血红蛋白相反，去氧血红蛋白具有两个未结合的铁电子，并因此是顺磁性的。因此，局部脑活动(神经活动)引起的去氧血红蛋白局部浓度的升高会导致产生不均匀的局部磁场。这将加速借助核自旋断层造影设备激励的核自旋成像横向磁化的衰变。在脑部活动加强时，通过提高逆磁性氧化血红蛋白的输送量来过补偿由此而升高的氧气需要。因此，对局部场不均匀性反应特别灵敏的核自旋断层造影设备的梯度回波序列可以显示出在脑部活动加强时磁共振图像中强度的微弱增强。因此，功能性磁共振断层造影的核心问题在于，将由特定刺激引起的脑活动与其它脑活动区分开来。为了解决这个问题，已知以下方法，即，对时间上前后衔接的被观察生命体脑部磁共振图像(通常几百幅)的每个像素(图像点)计算用于刺激的刺激函数与所获得的各像素的时间信号变化曲线之间的相关系数。对每个像素都用数学式确定，在刺激函数的时间变化曲线与该像素的亮度波动之间是否存在显著的关系。由此很明显，必须在实施相关之前已知与所产生的被观察生命体脑部磁共振图像有关的刺激函数的时间变化曲线。因此，一般采用周期函数作为刺激函数。因此，典型的刺激函数是用间歇分开的刺激(例如20秒手指运动、30秒休息、20秒手指运动、30秒休息…)的周期性序列。上述相关的缺陷在于，需要精确了解刺激函数，以便能获得检查的认知过程。
技术实现思路
因此本专利技术要解决的技术问题是，提供一种方法及核自旋断层造影设备，用于即便在不了解大部分外界激励的时间变化曲线时，也能方便精确地获得被观察生命体脑功能活动的变化。本专利技术的技术问题是通过一种用于借助磁核自旋共振空间分辨地显示被观察生命体脑部功能性活动变化的方法解决的，其包括以下步骤-在改变偏转角和回波时间的条件下，产生时间上前后衔接的生命体脑部磁共振图像，其中，使用或不使用外界激励对该生命体进行刺激；-对每个像素计算与在时间上前后衔接的图像中同一像素相关的噪声分量；-将每个像素的噪声分量分解为与偏转角无关的第一噪声分量和与偏转角相关的第二噪声分量；-将每个像素噪声分量的第二噪声分量分解为与回波时间无关的第三噪声分量和与回波时间相关的第四噪声分量；以及-将这样获得的每个像素噪声分量的第四噪声分量用于检测被观察生命体脑神经活动的变化。因此，借助本专利技术的方法，在不了解生命体外部激励的时间变化曲线，以及在不实施t测试或其它借助参考函数工作的统计方法的互相关时，也可以检测被观察生命体脑部的神经活动变化。因此，借助本专利技术的方法，还可以检测被观察生命体脑部的认知过程，或由统计过程导致的脑部活动变化。由于根据本专利技术对每个像素进行检测，因此，可以对所检测的活动变化进行空间分辨显示。此外，由于与偏转角和回波时间无关的噪声分量不参与检测所查找的像素，因此，利用本专利技术的方法可以特别灵敏地检测到被观察生命体脑活动的变化。优选的，对每个像素计算与时间上前后衔接图像中同一个像素相关的噪声分量的步骤，可以通过对每个像素计算所产生的各图像中信号变化曲线的标准偏差进行。优选的，将每个像素的噪声分量分解为与偏转角无关的第一噪声分量和与偏转角相关的第二噪声分量的步骤，通过观测至少两幅采用不同偏转角产生的图像进行。根据本专利技术的方法基于以下事实，即，第一噪声分量σT的平方和第二噪声分量σP的平方的和等于总噪声的平方σ2=σT2+σP2.]]>根据本专利技术方法的优选实施方式，将每个像素的噪声分量分解为第一噪声分量和第二噪声分量的步骤还包括以下子步骤-对至少两个不同的偏转角计算每个像素噪声分量的平方，其中，在一幅横坐标表示噪声分量平方、纵坐标表示与偏转角相应的像素信号强度平方的图中，这样获得的噪声分量平方的值定义了一条直线，该直线在偏转角为0度以及由此信号强度为0时与横坐标轴相交；-计算该直线与横坐标轴交点处噪声分量平方的值，以便获得与偏转角无关的第一噪声分量的平方值；以及-计算这样定义的各直线的斜率，其与各信号强度平方的乘积就是第二噪声分量的平方值。由此，根据本专利技术的方法基于以下事实，即，第二噪声分量σP的特征在于可通过偏转角调制的信号强度s，σP＝λ·s，其中λ是恒定斜率。其中，为了获得与偏转角无关的第一噪声分量的平方值，不必以图形方式计算直线与横坐标轴交点的噪声分量平方值，而是优选地用计算方式。这样定义的直线的对每个像素计算的斜率由于获得了这样一个进一步表示各像素的因子，而可以作为减小用T2*加权的磁共振图像各像素的信噪比的物理度量。优选的，将每个像素噪声分量的第二噪声分量分解为与回波时间无关的第三噪声分量和与回波时间相关的第四噪声分量的步骤，通过观测至少两幅在不同的回波时间下产生的图像进行。通过比较这两幅采用不同回波时间产生的图像，可以特别容易地确定第三噪声分量和第四噪声分量。根据本专利技术的方法基于以下事实，即，第三噪声分量σNB和第四噪声分量σB的平方和等于第二噪声分量σP的平方，即σP2=σNB2+σB2.]]>根据特别优选的实施方式，第三噪声分量σNB的变化曲线可以描述为σNB~S0·exp(-TE·R2*),]]>其中R2*是在所获得的磁共振信号中包含的横向驰豫率，TE是各产生的磁共振图像的回波时间，S0是用有效驰豫时间T2*加权的磁共振信号在回波时间等于0时的初始值。相应的，根据该特别优选的实施方式，第四噪声分量σB的变化曲线可以描述为σB~S0·TE·R2*·exp(-TE·R2*),]]>其中R2*是在所获得的磁共振信号中包含的横向驰豫率，TE是各产生的磁共振图像的回波时间，S0是用有效驰豫时间T2*加权的磁共振信号在回波时间等于0时的初始值。将每个像素噪声分量的第二噪声分量分解为第三噪声分量和第四噪声分量的步骤优选包括以下子步骤-对至少两个不同偏转角和至少两个不同的回波时间计算每个像素的噪声分量的平方，其中，在一幅横坐标表示噪声分量的平方、纵坐标表示与偏转角成正比的信号强度平方的图中，这样获得的噪声分量的平方值对每个回波时间都各自定义了一条直线；-本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冈纳·克鲁格，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：