技术领域
[0001] 本
发明涉及
生物医学工程领域，具体而言，涉及一种化学交换饱和转移效应定量方法、装置及电子设备。
背景技术
[0002] 化学交换饱和转移成像(chemical exchange saturation transfer,CEST)是一种磁共振分子影像手段，基于内源性或外源性对比剂中可交换质子与
水分子的化学交换作用，无创获取生物体组织
能量代谢、酸
碱环境、分子含量等微观层面信息，在
疾病的识别、诊断、评估中具有重要的研究价值和应用潜
力。
[0003] 由于生物体组织自身具有多个化学交换池，互相之间的耦合干扰例如磁化转移会影响化学交换饱和转移效应的分析，导致现有的对化学交换饱和转移效应的分析大多不准确。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明
实施例的目的在于提供一种化学交换饱和转移效应定量方法、装置及电子设备，通过对磁化转移效应的准确定量，改善
现有技术对化学交换饱和转移效应分析不准确的问题。
[0005] 本发明实施例提供了一种化学交换饱和转移效应定量方法，所述方法包括：
[0006] 获得化学交换饱和转移成像数据和预定义数据；
[0007] 根据所述预定义数据计算获得水分子的初始溢出效应数据；
[0008] 根据所述初始溢出效应数据和所述化学交换饱和转移成像数据计算获得初始磁化转移效应数据；
[0009] 对所述初始溢出效应数据和所述初始磁化转移效应数据进行调整，获得最终溢出效应数据和最终磁化转移效应数据；
[0010] 根据所述化学交换饱和转移成像数据、所述最终溢出效应数据和所述最终磁化转移效应数据计算获得目标化学交换饱和转移效应。
[0011] 可选地，根据所述预定义数据计算获得水分子的初始溢出效应数据的步骤，包括：
[0012] 根据所述预定义数据计算获得所述水分子的纵向弛豫率和横向弛豫率；
[0013] 根据所述纵向弛豫率和所述横向弛豫率，利用溢出效应求解公式计算得出所述水分子的初始溢出效应数据，所述溢出效应求解公式为：
[0014]
[0015] 其中，
[0016] R1ρ＝R1wcos2θ+R2wsin2θ；
[0017] θ＝tan-1(ω1/Δω)；
[0018] ω1为射频脉冲强度；Δω为
频率偏移；Tr为弛豫恢复时间；Ts为弛豫饱和时间；TR为重复扫描时间；FA为
数据采集翻转
角；R1w为水分子的纵向弛豫率；R2w为水分子的横向弛豫率。
[0019] 可选地，根据所述初始溢出效应数据和所述化学交换饱和转移成像数据计算获得初始磁化转移效应数据的步骤，包括：
[0020] 将所述初始溢出效应数据从所述化学交换饱和转移成像数据中移除；
[0021] 在移除了所述初始溢出效应数据的所述化学交换饱和转移成像数据中获得包含磁化转移效应的数据，选取所需
频率偏移区间，对选取出的所述频率偏移区间进行拟合，获得初始磁化转移效应数据。
[0022] 可选地，对所述区间进行拟合的步骤，包括：
[0023] 采用单洛伦兹模型对所述区间进行拟合，所述单洛伦兹模型为：
[0024]
[0025] 其中，
[0026] L(ω)为洛伦兹函数；A为
信号幅度；ω为频率；ω0为进动频率；lw为带宽。
[0027] 可选地，对所述初始溢出效应数据和所述初始磁化转移效应数据进行调整，获得最终溢出效应数据和最终磁化转移效应数据的步骤，包括：
[0028] 根据调整公式，对所述初始溢出效应数据的权重和所述初始磁化转移效应数据的权重进行调整，得到与所述初始溢出效应数据对应的第一权重，与所述初始磁化转移效应数据对应的第二权重；
[0029] 将所述第一权重与所述初始溢出效应数据相乘获得最终溢出效应数据；将所述第二权重与所述初始磁化转移效应数据相乘获得最终磁化转移效应数据。
[0030] 可选地，所述调整公式为：
[0031] C1·DWS(ω)+C2·MT(ω)＝Z(ω)
[0032] 其中，
[0033] Z(ω)为调整函数，即选取出的频率偏移区间内的所述化学交换饱和转移成像数据；
[0034] DWS(ω)为初始溢出效应数据；
[0035] MT(ω)为初始磁化转移效应数据；
[0036] C1为DWS(ω)的权重；C2为MT(ω)的权重；
[0037] C1·DWS(ω)为最终溢出效应数据；
[0038] C2·MT(ω)为最终磁化转移效应数据。
[0039] 可选地，根据所述化学交换饱和转移成像数据、所述最终溢出效应数据和所述最终磁化转移效应数据计算获得目标化学交换饱和转移效应的步骤，包括：
[0040] 将所述最终溢出效应数据和所述最终磁化转移效应数据从所述化学交换饱和转移成像数据中移除，获得目标化学交换饱和转移效应。
[0041] 本发明实施例还提供了一种化学交换饱和转移效应定量装置，所述化学交换饱和转移效应定量装置包括：
[0042] 数据获取模
块，用于获得化学交换饱和转移成像数据和预定义数据；
[0043] 溢出效应计算模块，用于根据所述预定义数据计算获得水分子的初始溢出效应数据；
[0044] 磁化转移效应计算模块，用于根据所述初始溢出效应数据和所述化学交换饱和转移成像数据计算获得初始磁化转移效应数据；
[0045] 调整模块，用于对所述初始溢出效应数据和所述初始磁化转移效应数据进行调整，获得最终溢出效应数据和最终磁化转移效应数据；
[0046] 分析模块，用于根据所述化学交换饱和转移成像数据、所述最终溢出效应数据和所述最终磁化转移效应数据计算获得目标化学交换饱和转移效应。
[0047] 本发明实施例还提供了一种电子设备，包括
存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的
计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述化学交换饱和转移效应定量方法。
[0048] 本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质包括计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述可读存储介质所在电子设备执行上述化学交换饱和转移效应定量方法。
[0049] 本发明实施例提供的化学交换饱和转移效应定量方法、装置及电子设备，能准确计算出水分子的初始溢出效应数据，并根据化学交换饱和转移成像数据和初始溢出效应数据计算得到磁化转移效应数据，进一步获得目标化学交换饱和转移效应。采用该方法、装置及电子设备，能对化学交换饱和转移效应进行更加准确的分析。
[0050] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附
附图，作详细说明如下。
附图说明
[0051] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0052] 图1为本发明实施例提供的一种电子设备10的方框示意图。
[0053] 图2为本发明实施例提供的一种化学交换饱和转移效应定量方法的
流程图。
[0054] 图3为一实施方式中图2所述步骤S22包括的另一子步骤的示意图。
[0055] 图4为本发明实施例提供的一种初始溢出效应数据曲线的示意图。
[0056] 图5为一实施方式中图2所述步骤S23包括的另一子步骤的示意图。
[0057] 图6为本发明实施例提供的一种初始磁化转移效应数据曲线的示意图。
[0058] 图7为一实施方式中图2所述步骤S24包括的另一子步骤的示意图。
[0059] 图8为本发明实施例提供的一种最终溢出效应数据曲线和最终磁化转移效应数据曲线的示意图。
[0060] 图9为本发明实施例提供的一种目标化学交换饱和转移效应曲线的示意图。
[0061] 图10为本发明实施例所提供的一种化学交换饱和转移效应定量装置20 的模块
框图。
[0062] 图标：10-电子设备；11-存储器；12-处理器；13-网络模块；20-化学交换饱和转移效应定量装置；21-数据获取模块；22-溢出效应计算模块；23- 磁化转移效应计算模块；24-调整模块；25-分析模块。
具体实施方式
[0063] 目前有很多种
算法用来降低磁化转移效应对化学交换饱和转移效应量化的干扰，例如非对称分析法和超洛伦兹模型法等，但上述方法具有一定的局限性，未知参量较多，为化学交换饱和转移效应分析的准确性带来了较多的不确定因素。
[0064] 基于上述研究，本发明实施例提供了一种能够对化学交换饱和转移效应进行准确的分析的化学交换饱和转移效应定量方法。
[0065] 下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的
选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0067] 如图1所示，是本发明较佳实施例提供的电子设备10的方框示意图。本发明实施例中的电子设备10可以为具有数据存储、传输、处理功能的服务端。如图1所示，电子设备10包括：存储器11、处理器12、网络模块 13及化学交换饱和转移效应定量装置20。
[0068] 所述存储器11、处理器12以及网络模块13相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器11中存储有化学交换饱和转移效应定量装置20，所述化学交换饱和转移效应定量装置20包括至少一个可以
软件或
固件(firmware)的形式存储于所述存储器11中的软件功能模块，所述处理器12通过运行存储在存储器11内的软件程序以及模块，如本发明实施例中的化学交换饱和转移效应定量装置20，从而执行各种功能应用以及
数据处理，即实现本发明实施例中的化学交换饱和转移效应定量方法。
[0069] 其中，所述存储器11可以是，但不限于，
随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，
只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器11用于存储程序，所述处理器12在接收到执行指令后，执行所述程序。
[0070] 所述处理器12可能是一种集成
电路芯片，具有数据的处理能力。上述的处理器12可以是通用处理器，包括
中央处理器(Central Processing Unit， CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。可以实现或者执行本发明实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是
微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0071] 网络模块13用于通过网络建立电子设备10与其他通信终端之间的通信连接，实现网络信号及数据的收发操作。上述网络信号可包括无线信号或者有线信号。
[0072] 可以理解，图1所示的结构仅为示意，电子设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用
硬件、软件或其组合实现。
[0073] 本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质包括计算机程序。所述计算机程序运行时控制所述可读存储介质所在电子设备10执行下面的化学交换饱和转移效应定量方法。
[0074] 请参阅图2，是本发明实施例所提供的一种化学交换饱和转移效应定量方法的流程图。所述方法有关的流程所定义的方法步骤应用于电子设备10，可以由所述处理器12实现。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。
[0075] 化学交换饱和转移成像是在磁化传递技术及化学交换理论
基础上发展起来的一种
磁共振成像新方法，成像原理是利用特定的偏共振饱和脉冲，对特定物质(比如
蛋白质或多肽的酰胺质子，
葡萄糖，粘多糖等)进行充分的预饱和，这种饱和通过化学交换，进一步影响自由水的信号强度，因此通过检测水的信号，可间接反映这种物质的信息。
[0076] 化学交换饱和转移成像数据的来源可以有很多种，在本实施例中，可以以一组大鼠脑胶质瘤模型的化学交换饱和转移成像数据为例进行分析。应当理解，该大鼠脑胶质瘤模型仅用于说明该化学交换饱和转移效应定量方法，并不是对该化学交换饱和转移效应定量方法的限定。
[0077] 步骤S21，获得化学交换饱和转移成像数据和预定义数据。
[0078] 例如，获得大鼠脑胶质瘤模型的化学交换饱和转移成像数据和用于求解水分子的初始溢出效应数据的预定以数据T1mapping和T2mapping。
[0079] 步骤S22，根据所述预定义数据计算获得水分子的初始溢出效应数据。
[0080] 请结合参阅图3，本实施例中通过步骤S221和步骤S222列举了步骤 S22的其中一种实现方式。
[0081] 步骤S221，根据所述预定义数据计算获得所述水分子的纵向弛豫率和横向弛豫率。
[0082] 在本实施例中，可以通过T1mapping和T2mapping计算获得所述水分子的纵向弛豫率R1w和横向弛豫率R2w。
[0083] 步骤S222，根据所述纵向弛豫率和所述横向弛豫率，利用溢出效应求解公式计算得出所述水分子的初始溢出效应数据。
[0084] 在本实施例中，所述溢出效应求解公式可以为：
[0085]
[0086] 其中，
[0087] R1ρ＝R1wcos2θ+R2wsin2θ；
[0088] θ＝tan-1(ω1/Δω)；
[0089] ω1为射频脉冲强度；Δω为频率偏移；Tr为弛豫恢复时间；Ts为弛豫饱和时间；TR为重复扫描时间；FA为数据采集翻转角。
[0090] 请结合参阅图4，为根据上述溢出效应求解公式所得的所述水分子的初始溢出效应数据曲线。由图可见，虚线为初始溢出效应数据曲线，实线为化学交换饱和转移成像数据曲线，且虚线位于实线的下面。
[0091] 步骤S23，根据所述初始溢出效应数据和所述化学交换饱和转移成像数据计算获得初始磁化转移效应数据。
[0092] 请结合参阅图5，本实施例中通过步骤S231和步骤S232列举了步骤 S23的其中一种实现方式。
[0093] 步骤S231，将所述初始溢出效应数据从所述化学交换饱和转移成像数据中移除。
[0094] 请结合参照图6，在移除了初始溢出效应数据后，化学交换饱和转移成像数据图像呈尖端向下的曲线。
[0095] 步骤S232，在移除了所述初始溢出效应的化学交换饱和转移成像数据中获得包含磁化转移效应的数据，选取所需频率偏移区间，对选取出的所述频率偏移区间进行拟合获得初始磁化转移效应数据。
[0096] 请继续参照图6，由图可见，频率偏移区间为6ppm～-6ppm，从该频率偏移区间中选出所需区间，其中，所需区间为磁化转移效应占优的区间，例如5ppm～6ppm和-6ppm～-5ppm。
[0097] 对5ppm～6ppm和-6ppm～-5ppm两个区间进行拟合，获得初始磁化转移效应数据曲线，由图6可见，初始磁化转移效应数据曲线呈弧形。
[0098] 可选地，在本实施例中可以选用单洛伦兹模型对5ppm～6ppm和 -6ppm～-5ppm两个区间进行拟合，所述单洛伦兹模型为：
[0099]
[0100] 其中，L(ω)为洛伦兹函数；A为信号幅度；ω为频率；ω0为进动频率； lw为带宽。
[0101] 步骤S24，对所述初始溢出效应数据和所述初始磁化转移效应数据进行调整，获得最终溢出效应数据和最终磁化转移效应数据。
[0102] 请结合参阅图7，本实施例中通过步骤S241和步骤S242列举了步骤 S24的其中一种实现方式。
[0103] 步骤S241，根据调整公式，对所述初始溢出效应数据的权重和所述初始磁化转移效应数据的权重进行调整，分别获得第一权重和第二权重。
[0104] 可选地，第一权重与初始溢出效应数据相对应，第二权重与初始磁化转移效应数据相对应。
[0105] 步骤S242，将所述第一权重与所述初始溢出效应数据相乘获得最终溢出效应数据，将所述第二权重与所述初始磁化转移效应数据相乘获得最终磁化转移效应数据。
[0106] 可选地，在本实施例中，调整公式可以为：
[0107] C1·DWS(ω)+C2·MT(ω)＝Z(ω)
[0108] 其中，
[0109] Z(ω)为调整函数，即选取出的频率偏移区间内的所述化学交换饱和转移成像数据；
[0110] DWS(ω)为初始溢出效应数据；
[0111] MT(ω)为初始磁化转移效应数据；
[0112] C1为DWS(ω)的权重；C2为MT(ω)的权重；
[0113] C1·DWS(ω)为最终溢出效应数据；
[0114] C2·MT(ω)为最终磁化转移效应数据。
[0115] 通过步骤S24可以求得C1·DWS(ω)和C2·MT(ω)。
[0116] 请结合参阅图8，为最终溢出效应数据C1·DWS(ω)和最终磁化转移效应数据C2·MT(ω)的曲线图。由图可见，C1·DWS(ω)为起点在最低点的且中部向上凸起的曲线，C2·MT(ω)为弧线，图中的虚线为C1·DWS(ω)与C2·MT(ω)之和，可看出，虚线与实线在所选取的频率偏移区间内呈现很好的一致性。
[0117] 步骤S25，根据所述化学交换饱和转移成像数据、所述最终溢出效应数据和所述最终磁化转移效应数据计算获得目标化学交换饱和转移效应。
[0118] 通过步骤S24可知，C1·DWS(ω)和C2·MT(ω)之和与化学交换饱和转移成像数据曲线在所选取的频率偏移区间内呈现很好的一致性，因此，将 C1·DWS(ω)和C2·MT(ω)从化学交换饱和转移成像数据中移除，即可得到目标化学交换饱和转移效应。在本实施例中，如图9所示，目标化学交换饱和转移效应为感兴趣频率偏移点对应数值。
[0119] 在获得了感兴趣频率偏移点的化学交换饱和转移成像数据之后，可以根据实际情况选取需要分析的点，请继续参照图9，例如，+3.5ppm点可得
氨基质子转移效应。又例如，在-3.2ppm可得核奥氏效应效应。
[0120] 由上述步骤可知，在对磁化转移效应进行分析的过程中，无需对磁化转移效应的频率分布做任何假设，无需额外的数据采集，且拟合参量少，定量简便准确。结合对水分子溢出效应的准确估计，可实现对磁化转移效应的准确定量，进一步地，通过对磁化转移效应进行准确定量，能有助于对化学交换饱和转移效应的准确分析。
[0121] 在上述基础上，如图10所示，本发明实施例提供了一种化学交换饱和转移效应定量装置20，所述化学交换饱和转移效应定量装置20包括数据获取模块21、溢出效应计算模块22、磁化转移效应模块23、调整模块24和分析模块25。
[0122] 数据获取模块21，用于获得化学交换饱和转移成像数据和预定义数据。
[0123] 由于数据获取模块21和图2中步骤S21的实现原理类似，因此在此不作更多说明。
[0124] 溢出效应计算模块22，用于根据所述预定义数据计算获得水分子的初始溢出效应数据。
[0125] 由于溢出效应计算模块22和图2中步骤S22的实现原理类似，因此在此不作更多说明。
[0126] 磁化转移效应计算模块23，用于根据所述初始溢出效应数据和所述化学交换饱和转移成像数据计算获得初始磁化转移效应数据。
[0127] 由于磁化转移效应计算模块23和图2中步骤S23的实现原理类似，因此在此不作更多说明。
[0128] 调整模块24，用于对所述初始溢出效应数据和所述初始磁化转移效应数据进行调整，获得最终溢出效应数据和最终磁化转移效应数据。
[0129] 由于调整模块24和图2中步骤S24的实现原理类似，因此在此不作更多说明。
[0130] 分析模块25，用于根据所述化学交换饱和转移成像数据、所述最终溢出效应数据和所述最终磁化转移效应数据计算获得目标化学交换饱和转移效应。
[0131] 由于分析模块25和图2中步骤S25的实现原理类似，因此在此不作更多说明。
[0132] 本发明实施例中的化学交换饱和转移效应定量方法、装置及电子设备，可实现对磁化转移效应的准确定量，有助于化学交换饱和转移效应的准确定量，以改善现有技术对化学交换饱和转移效应分析不准确的问题。
[0133] 在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0134] 另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
[0135] 所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备10，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动
硬盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0136] 以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
