[发明专利]磁共振双脉冲脑白质微观测定系统和方法

说明书

一种磁共振双脉冲脑白质微观测定系统包括：磁共振仪硬件系统和与该磁共振仪硬件系统相连的信号处理软件系统。所述磁共振仪硬件系统用于产生参数可调的双脉冲，并输出脑白质各位置的多个测量信号值。所述信号处理软件系统对测量信号值进行预处理，去除Rician噪音；对去除Rician噪音后的信号值进行全局拟合，计算该位置脑白质的半径、方向和分布，并显示可视化的结果。本专利申请的磁共振双脉冲脑白质微观测定系统能测定脑白质的半径、方向以及分布等微观指标，为大脑基础研究深入至微观水平提供了工具。

【技术领域】

本专利申请总体涉及医疗器械及医学图像处理和神经影像技术领域，并且更具体地涉及一种磁共振双脉冲脑白质微观测定系统和一种磁共振双脉冲脑白质微观测定方法，以无创伤地微观测定脑白质的半径、方向和分布。

【背景技术】

人工智能和大脑疾病的治疗将是受大脑研究进展影响最大的两大领域。目前世界各国都投入巨资开展脑计划研究。中国“脑计划”侧重社会需求，以“脑健康”为计划的主题。主要的研究应聚焦在脑工作原理和与脑重大疾病相关的前沿领域，尤其重视幼年神经发育疾病、中年精神类疾病和老年神经退行性病变(如阿尔兹海默症，又称老年痴呆症)、自闭症、抑郁症和脑癌的机理研究和研发早期诊断及早期干预的手段。大脑是中枢神经中最重要的器官，具有调节机体功能的作用，同时也是意识、精神、语言、学习、记忆和智能等高级神经活动的物质基础。大脑是由上百亿个神经元组成的，而神经元又是由细胞体和神经纤维组成的。细胞体聚集在大脑表层，颜色较深，称为脑灰质；神经纤维聚集在大脑内部，颜色较浅，称为脑白质。由于脑白质聚集了大量的神经纤维，大部分神经系统疾病都与脑白质的有害刺激、脑白质营养不良有关，因此神经科学非常重视对于脑白质的研究。

目前，对于脑白质的研究大都停留于直接解剖或用弥散张量成像(DiffusionTensor Imaging，DTI)的宏观研究阶段。直接解剖仅仅是针对死亡的大脑进行切片在高倍显微镜或电子显微镜下的直接观察，达不到深入研究。弥散张量成像则只能得到一些平均弥散率，研究到各向异性(Anisotropy)的程度，但却不能得到脑白质的半径、方向以及分布等微观指标。

对于同样的宏观变化而言，往往导致该宏观变化的微观的变化并不相同。只有能得到脑白质的半径、方向以及分布等微观指标，才能真正弄清大脑重大疾病的真正原因，进而对脑白质疾病进行早期诊断和早期干预。因此，有必要提供一种在微观水平上测定、研究脑白质的系统及方法，为大脑基础研究和大脑医学治疗深入至微观水平提供工具。

【发明内容】

本专利申请的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种可深入大脑研究至微观研究水平的磁共振双脉冲脑白质微观测定系统工具，其可测定脑白质的半径、方向以及分布等，进而可对脑白质疾病进行早期诊断和早期干预。

本专利申请的目的还在于为脑计划基础研究和医学脑病治疗提供一个工具。

本专利申请提供一种利用磁共振双脉冲(double Pulsed Field Gradient MRI)测定脑白质(white matter)的半径、方向和分布的无创伤的微观测定技术。该技术由一个硬件系统和一个软件系统组成。硬件系统包括一台西门子(Siemens)的3T-MRI磁共振仪，此MRI磁共振仪随带一套软件包IDEA Package(Interactive Development Environment forApplications)，其中包含有跟西门子公司签订了研究协议(research agreement)编译的新的double-PGSE sequence软件。软件系统由数据预处理(去除Rician噪声)、参数全局拟合(含几何模型、数学模型、伽马统计，全局拟合)和可视化三个模块组成。程序由数学软件Matlab编写。本技术为微观测定系统，有别于通常用的宏微观测定系统。