【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体磁共振，具体涉及一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，适用于对肺部的气体交换功能参数进行快速测量。
技术介绍
1、近年来，超极化129xe磁共振技术在肺部气体交换功能评估领域展现了显著潜力。由于超极化129xe磁共振技术在肺组织和血液中的溶解度和化学环境敏感性，超极化129xe能够提供关于肺部气血交换微环境的重要信息。其中，化学位移饱和恢复(chemical shiftsaturation recovery，cssr)方法通过分析溶解在红细胞和肺组织/血浆的129xe信号恢复曲线并拟合气血交换模型，为评估肺部气体交换功能提供了一种有效途径。
2、然而，cssr技术在实际应用中存在一些局限性。cssr技术使用饱和恢复(saturation recovery，sr)方法，即首先通过一个90°脉冲来饱和溶解态129xe信号，随后让信号从零开始恢复，并在等待一段交换时间后激发采集磁共振信号(magn resonmed.2003；50(6):1170-9.)。由于cssr需要在多个交换时间点采集数据以获取信号恢复曲线，且等待的交换时间让时间效率大大降低，从而导致整体采样时间较长(nmr inbiomedicine.2017；30(8):12.)。另外，在小交换时间点下，cssr获得的溶解态129xe的磁共振信号信噪比相对较低(magn reson med.2013；69(3):884-90.)。这些不足限制了cssr技术在快速评估肺部气体交换功能和进行局部可视化评估方面的应用。
3、理
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法。
2、本专利技术的上述目的通过以下技术手段来实现：
3、一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，包括以下步骤：
4、步骤1、利用sa-csir脉冲序列采集受试者肺部的超极化129xe磁共振波谱数据；
5、步骤2、构建肺组织/血浆信号的信号强度与交换时间t的关系s′tp(t)，构建红细胞信号的信号强度与交换时间t的关系srbc(t)；
6、对超极化129xe磁共振波谱数据，进行分峰拟合处理后，提取出气态129xe信号以及溶解态129xe信号在红细胞信号和肺组织/血浆信号中的峰面积，获得各个交换时间t下的肺组织/血浆信号的信号强度以及各个交换时间t下的红细胞信号的信号强度，并将各个交换时间t下的肺组织/血浆信号的信号强度以及各个交换时间t下的红细胞信号的信号强度分别代入到肺组织/血浆信号的信号强度与交换时间t的关系s′tp(t)以及红细胞信号的信号强度与交换时间t的关系srbc(t)中，进行非线性拟合，获得归一化因子b、饱和反转效率β、以及连续小角度射频脉冲作用下的气血交换时间常数τ，并进一步计算肺泡的表面积体积比sa/vg和129xe信号的交换时间常数t。
7、如上所述步骤1包括以下步骤：
8、步骤1.1、受试者固定于磁共振扫描床上，佩戴肺部129xe成像线圈并进入磁体，吸入超极化的129xe气体后屏住呼吸；
9、步骤1.2、sa-csir脉冲序列首先将溶解态129xe信号的频率中心设置为高选择性的各个射频脉冲的射频中心，再施加射频脉冲。
10、如上所述步骤1.2中施加射频脉冲包括：
11、sa-csir脉冲序列首先使用一个90°射频脉冲饱和溶解态129xe信号并进行梯度损毁，随后在溶解态129xe信号的饱和恢复时间tinv期间等待溶解态129xe信号恢复，在溶解态129xe信号恢复之后使用一个180°射频脉冲对恢复的溶解态129xe信号进行反转，在反转后再经过时间td之后施加翻转角为α的小角度射频脉冲对溶解态129xe信号进行激发，之后每隔一个相同的重复时间tr施加一次翻转角为α的小角度射频脉冲，直至施加到设定的重复次数，利用小角度射频脉冲连续采集受试者肺部的超极化129xe磁共振波谱数据。
12、如上所述步骤2中肺组织/血浆信号的信号强度与交换时间t的关系s′tp(t)基于以下公式：
13、s′tp(t)＝sd1(t)+(1-η)sd2m′(t)
14、式中，sd1(t)为气血交换膜中的溶解态129xe信号的信号强度与交换时间t的关系，η为红细胞中129xe信号的信号强度占全部血液中129xe信号的信号强度的比重，sd2m′(t)为最终的肺血管内的溶解态129xe信号的信号强度与交换时间t的关系；
15、
16、式中，b为归一化因子，δ为气血交换膜厚度，d为肺间隔厚度，β为饱和反转效率，n为累加参数，odd为奇数参数，τ为在连续小角度射频脉冲作用下的气血交换时间常数；
17、
18、式中，tx为肺部血液驻留时间，tinv为饱和恢复时间，t为129xe信号的交换时间常数。
19、如上所述步骤2中红细胞信号的信号强度与交换时间t的关系srbc(t)基于以下公式：
20、srbc(t)＝ηsd2m′(t)。
21、本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
22、1、本专利技术在单次扫描中就能够获取多个交换时间点的数据，显著缩短了数据采集时间，提高了采样速度，实现了对肺部气体交换功能的快速评估。
23、2、在小交换时间下，本专利技术方法相较于传统cssr技术能够获得更高的信噪比，从而提高了评估的准确性。
24、3、优化的肺部的气血交换模型：本专利技术提出了新的气血交换模型更适合sa-csir技术，为精准评估肺部功能提供了新途径。
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1.一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，其特征在于，所述步骤1.2中施加射频脉冲包括：
4.根据权利要求3所述一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，其特征在于，所述步骤2中肺组织/血浆信号的信号强度与交换时间t的关系S′TP(t)基于以下公式：
5.根据权利要求4所述一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，其特征在于，所述步骤2中红细胞信号的信号强度与交换时间t的关系SRBC(t)基于以下公式：
【技术特征摘要】
1.一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述一种用于肺部气体交换功能快速测量的气体磁共振方法，其特征在于，所述步骤1.2中施加射频脉冲包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：李海东，周欣，刘小玲，张鸣，郑瑜，赵修超，孙献平，韩叶清，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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