一种血脑屏障开放的监测方法、系统及存储介质与流程

本发明实施例涉及超声诱导血脑屏障开放技术领域，尤其涉及一种血脑屏障开放的监测方法、系统及存储介质。

背景技术：

血脑屏障是脑组织与周围循环系统之间的一种生理屏障，可阻止循环系统中的有害物质进入脑组织，对于维持脑内环境稳定和中枢神经系统正常生理状态具有重要的生物学意义。

脑功能性疾病传统疗法主要包括药物、手术或是心理引导等，传统的手术治疗都是有创治疗，存在难以准确定位或是不易重复实施等问题，同时，由于血脑屏障的存在，化学药物作用效率低，而且长期接受药物治疗的患者易产生药物耐受、成瘾及毒副作用。现有技术中，在血脑屏障开放过程中利用成像探头或水听器经颅探测脑部超声作用处的空化活动，要求成像探头有很高的灵敏度，而且要有比较宽的成像带宽，成像探头造价昂贵，此外，单阵元的成像探头缺少空间分辨力，多阵元的成像探头可以实现选定层面的监控，但是各阵元的位置和灵敏度配置都有很高的要求，成像系统复杂。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种血脑屏障开放的监测方法、系统及存储介质，以实现有效且安全开放血脑屏障，对血脑屏障开放过程多层面、高空间分辨率的全局监控，同时节约设备成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种血脑屏障开放的监测方法，该监测方法包括：

控制超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据所述第一磁共振图像确定所述目标对象的第一血管动力学参数，其中，所述第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率；

控制所述超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制所述磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据所述第二磁共振图像确定所述目标对象的第二血管动力学参数，其中，所述第二超声功率大于所述第一超声功率；

根据所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放。

进一步地，根据所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数判断所述目标对象的血脑屏障是否开放，包括：

确定所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数的差值是否满足血脑屏障开放的第一动力学参数阈值；

若是，则确定所述目标对象的血脑屏障开放。

进一步地，若所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数的差值不满足血脑屏障开放的动力学参数阈值，则调节所述第二超声功率，控制超声发射装置基于调节后的第二超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第三磁共振图像，根据所述第三磁共振图像确定所述目标对象的第三血管动力学参数，其中，所述调节后的第二超声功率大于调节前的第二超声功率；

根据所述第三血管动力学参数与所述第一血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放；或者，

根据所述第三血管动力学参数与所述第二血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放。

进一步地，所述方法还包括：

当确定所述目标对象的血脑屏障开放时，根据所述第二超声功率对所述目标对象进行血脑屏障开放。

进一步地，所述血管动力学参数包括血管渗透性系数、脑流速和脑血容量。

第二方面，本发明实施例还提供了一种血脑屏障开放的监测系统，包括超声发射装置、磁共振装置和控制器；其中，所述控制器用于：

控制所述超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制所述磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据所述第一磁共振图像确定所述目标对象的第一血管动力学参数，其中，所述第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率；

控制所述超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据所述第二磁共振图像确定所述目标对象的第二血管动力学参数，其中，所述第二超声功率大于所述第一超声功率；

根据所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放。

进一步地，所述超声发射装置为磁兼容的多阵元聚焦超声发射装置，包括超声发射阵列探头。

进一步地，所述超声发射阵列探头上具有定位用的刻度线；

所述控制器还用于在所述磁共振装置运行之前，将所述磁共振装置的z轴中心定位于所述刻度线的原点处。

进一步地，所述磁共振装置还用于对所述超声发射装置和所述目标对象进行定位，确定目标感兴趣区域；

所述控制器还用于：建立所述超声发射阵列探头与所述磁共振装置的位置映射关系，根据所述目标感兴趣区域和所述位置映射关系确定用于超声发射的所述超声发射阵列探头的组合方式。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面实施例所提供的血脑屏障开放的监测方法。

本发明实施例通过控制超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据第一磁共振图像确定目标对象的第一血管动力学参数，其中，第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率；控制超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据第二磁共振图像确定目标对象的第二血管动力学参数，其中，第二超声功率大于所述第一超声功率；根据第一血管动力学参数和第二血管动力学参数确定目标对象的血脑屏障是否开放。解决了现有技术中在血脑屏障开放过程中使用的成像探头造价昂贵且成像系统复杂的问题，以实现有效且安全开放血脑屏障，对血脑屏障开放过程多层面、高空间分辨率的全局监控，同时节约设备成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种血脑屏障开放的监测方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种血脑屏障开放的监测方法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的一种血脑屏障开放的监测系统的结构图；

图4是本发明实施例提供的磁共振成像装置的腔体的主视图的示意图；

图5是本发明实施例提供的超声发射装置与磁共振装置空间坐标融合的俯视图和前视图的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种血脑屏障开放的监测方法的流程图，本实施例可适用于在磁共振图像指引下定点、安全、有效的且无创的打开血脑屏障的情况，该方法可以由血脑屏障开放的监测系统来执行，具体包括如下步骤：

s110、控制超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据所述第一磁共振图像确定所述目标对象的第一血管动力学参数，其中，所述第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率。

其中，所述血管动力学参数包括血管渗透性系数、脑流速和脑血容量。

具体的，选取第一超声功率进行发射，同时利用磁共振装置中的磁共振序列与图像处理模块中的快速磁共振序列和磁共振造影剂注射在短时间内完成对目标对象的第一次磁共振图像的采集，例如两分钟内完成对目标对象的第一磁共振图像的采集，之后由控制器根据采集到的磁共振图像计算目标对象的第一血管动力学参数，例如，根据预先的建立脑血管动力学模型，通过拟合法根据第一磁共振图像计算血管渗透性系数，磁共振图像计算血管动力学参数的方法为本领域的现有的常规计算方法，根据磁共振图像计算血管动力学参数是现有技术，本发明实施例在此不再一一累述具体计算方法。

需要说明的是在磁共振图像采集时若选择没有超声作用，即超声发射装置不进行超声功率的发射时，则直接通过磁共振装置获取目标对象的磁共振图像，根据磁共振图像计算血管动力学参数，此时计算得到的血管动力学参数可以作为基准参考参数。本发明实施例的技术方案中采用采集目标对象的磁共振图像，相较于现有技术中通过获取超声图像而言，在图像采集设备上要求更低，节约设备成本，同时成像操作更加容易。

s120、控制所述超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制所述磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据所述第二磁共振图像确定所述目标对象的第二血管动力学参数，其中，所述第二超声功率大于所述第一超声功率。

具体的，第一超声功率为小于引起血脑屏障开放标准功率，第二超声功率可以为第一超声功率与预设功率差值之和，预设功率差值可以本领域技术人员根据经验进行设置，则在第二超声功率前提下获取的第二磁共振图像后，计算得到第二血管动力学参数，若通过第二血管动力学参数可以判断血脑屏障刚好开放，那么超声发生功率校正阶段结束，第二超声功率认定为后续待使用的超声功率，若血脑屏障未开放，则继续在第二超声功率的基础上，将第二超声功率与预设功率差值求和，重新确定此时超声功率下采集的磁共振图像，直至确定血脑屏障刚好开放所对应的超声功率。

s130、根据所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放。

具体的，根据所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数的差值判断目标对象的血脑屏障是否开放。根据临床研究的不同，对于血脑屏障开放具有不同的阈值定义。一是可以以第一次没有超声作用采集的磁共振图像计算的血管动力学参数为标准血管动力学参数，之后每一次采集的磁共振图像计算得到的血管动力学参数，与标准血管动力学参数求取差值，判断差值是否大于血脑屏障开放时动力学参数变化阈值，若大于，则认为血脑屏障刚好开放，每一次磁共振图像采集完后计算的动力学参数都与标准血管动力学参数做比较；二是可以将相邻两次超声功率调节获取的磁共振图像，根据相邻两次磁共振图像计算得到的血管动力学参数进行比较，判断连续两次采集磁共振图像计算得到的血管动力学参数的变化作为血脑屏障开放标准的。

磁共振成像技术具有较高的时间和空间分辨率，在临床成像技术中具有无可比拟的优势。具体的，本发明实施例通过磁共振图像计算血管动力学参数，将血管动力学参数作为血脑屏障开放的判断依据，避免采用昂贵的高灵敏度度的超声成像探头，磁共振成像更容易，且图像具有较高的空间分辨率，有助于实现全脑范围内的血脑屏障开放的监测，适用范围更广。

需要说明的是在通过超声打开血脑屏障对脑部特征分析的应用中，分为术前规划、超声发射功率校准以及治疗验证三个阶段，本发明实施例提供的技术方案用于超声发射功率校准阶段。

本发明实施例通过控制超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据第一磁共振图像确定目标对象的第一血管动力学参数，其中，第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率；控制超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据第二磁共振图像确定目标对象的第二血管动力学参数，其中，第二超声功率大于所述第一超声功率；根据第一血管动力学参数和第二血管动力学参数确定目标对象的血脑屏障是否开放。解决了现有技术中在血脑屏障开放过程中使用的成像探头造价昂贵且成像系统复杂的问题，以实现利用超声诱导的方式有效且安全开放血脑屏障，对血脑屏障开放过程多层面、高空间分辨率的全局监控，同时节约设备成本。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种血脑屏障开放的监测方法的流程图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将步骤根据所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数判断所述目标对象的血脑屏障是否开放进一步优化为：确定所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数的差值是否满足血脑屏障开放的第一动力学参数阈值；若是，则确定所述目标对象的血脑屏障开放。在此基础上，所述方法还包括：当确定所述目标对象的血脑屏障开放时，根据所述第二超声功率对所述目标对象进行血脑屏障开放。

相应的，本实施例的方法具体包括：

s210、控制超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据所述第一磁共振图像确定所述目标对象的第一血管动力学参数，其中，所述第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率。

其中，在超声发射装置发射第一超声功率的同时，对目标对象滴注磁共振造影剂，之后快速对目标对象的磁共振图像进行采集。

具体的，第一超声功率为超声发射功率校准阶段的起始超声发射功率，在第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率的前提下，第一超声功率可以为零或是由本领域技术人员根据经验随意选择的超声功率值，本发明实施例对此不做限制。

s220、控制所述超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制所述磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据所述第二磁共振图像确定所述目标对象的第二血管动力学参数，其中，所述第二超声功率大于所述第一超声功率。

s230、确定所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数的差值是否满足血脑屏障开放的第一动力学参数阈值；若是，则确定所述目标对象的血脑屏障开放。

其中，若所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数的差值不满足血脑屏障开放的动力学参数阈值，则调节所述第二超声功率，控制超声发射装置基于调节后的第二超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第三磁共振图像，根据所述第三磁共振图像确定所述目标对象的第三血管动力学参数，其中，所述调节后的第二超声功率大于调节前的第二超声功率；

根据所述第三血管动力学参数与所述第一血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放；或者，根据所述第三血管动力学参数与所述第二血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放。

s240、当确定所述目标对象的血脑屏障开放时，根据所述第二超声功率对所述目标对象进行血脑屏障开放。

本发明实施例的技术方案，通过磁共振图像确定目标对象的血脑屏障开放所用的超声发射功率，以及由于不同的超声发射功率可以实现评价血脑屏障的开放程度，同时，利用磁共振图像计算得到血管动力学参数具有很高的空间分辨率，有助于实现全脑范围内的血脑屏障开放的监测。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种血脑屏障开放的监测系统的结构图，本实施例可适用于在磁共振图像指引下定点、安全、有效的且无创的打开血脑屏障的情况。

如图3所示，血脑屏障开放的监测系统包括超声发射装置、磁共振装置和控制器；其中，所述控制器用于：

控制所述超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制所述磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据所述第一磁共振图像确定所述目标对象的第一血管动力学参数，其中，所述第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率；

控制所述超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据所述第二磁共振图像确定所述目标对象的第二血管动力学参数，其中，所述第二超声功率大于所述第一超声功率；

根据所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放。

本实施例的血脑屏障开放的监测系统，通过控制超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据第一磁共振图像确定目标对象的第一血管动力学参数，其中，第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率；控制超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据第二磁共振图像确定目标对象的第二血管动力学参数，其中，第二超声功率大于所述第一超声功率；根据第一血管动力学参数和第二血管动力学参数确定目标对象的血脑屏障是否开放。解决了现有技术中在血脑屏障开放过程中使用的成像探头造价昂贵且成像系统复杂的问题，以实现有效且安全开放血脑屏障，对血脑屏障开放过程多层面、高空间分辨率的全局监控，同时节约设备成本。

在上述各实施例的基础上，所述超声发射装置为磁兼容的多阵元聚焦超声发射装置，包括超声发射阵列探头。

在上述各实施例的基础上，所述超声发射阵列探头上具有定位用的刻度线；

所述控制器还用于在所述磁共振装置运行之前，将所述磁共振装置的z轴中心定位于所述刻度线的原点处。

在上述各实施例的基础上，所述磁共振装置还用于对所述超声发射装置和所述目标对象进行定位，确定目标感兴趣区域；

所述控制器还用于：建立所述超声发射阵列探头与所述磁共振装置的位置映射关系，根据所述目标感兴趣区域和所述位置映射关系确定用于超声发射的所述超声发射阵列探头的组合方式。

具体的，控制器与人机交互终端相连，人机交互终端的显示界面上提供磁共振图像的显示、磁共振扫描参数编辑、超声发射参数编辑以及超声发射功率显示。控制器上面运行磁共振扫描程序、脑血管动力学参数计算程序和超声发射规划程序。磁共振装置由磁共振序列与图像处理模块、射频和梯度放大器以及线圈和磁体等部分组成，磁共振序列与图像处理模块主要通过数模转换模块将磁共振扫描的射频数字和梯度数字信号转换成射频中频小信号和梯度波形信号，然后送到射频放大器和梯度放大器进行放大，推动射频线圈和梯度线圈工作进行磁共振扫描。超声发射装置主要完成超声小信号产生并将小信号输送至被超声发射规划程序选中的超声发射阵列探头链路上，整个链路里面还设置有超声电功率监控装置，当检测到超声功放后级前向功率和反向功率比例失常时将关闭相关链路的超声功放，确保超声发射装置的安全。另外系统还有血脑屏障开放需要的超声造影剂的自动注射装置以及用于脑部磁共振图像采集的头部线圈。

在超声发射阵列探头装置上有定位用的刻度线，各阵元分布在球形面表面，阵元位置相对于刻度线远点具有固定的空间坐标，并记录在超声规划程序里面。在临床治疗应用中，需要将磁共振装置的激光定位定于超声发射阵列探头的刻度原点处，这样能使各阵元的空间坐标和磁共振装置的空间坐标实现快速融合。例如，如图4为本发明实施例提供的磁共振成像装置的腔体的主视图的示意图，图5是本发明实施例提供的超声发射装置与磁共振装置空间坐标融合的俯视图和前视图的示意图，如图5所示左图为俯视图，右图为前视图，结合图4和图5所示可知，发射探头某阵元相对于探头刻度的坐标为p0(x1,y1,z1)，通过上述的定位方式结合磁共振装置的腔体尺寸，该阵元在磁共振装置的物理坐标系中的坐标为p(xp,yp,zp)。根据公式可知：xp＝x1-(r-h1-h2)，其中，r为磁共振成像装置的腔体孔径半径，h1为发射探头的高度，h2为磁共振病床平面到磁共振装置的腔体孔径下端弧顶的高度；yp＝y1+s1，其中，s1是磁共振装置的激光定位线与超声发射探头零刻度线在y轴上的偏差。zp＝z1，则将超声发射探头的坐标与磁共振装置的物理坐标建立相应的位置映射关系，能使得超声发射规划程序依据磁共振图像上指定的靶点优化，得出比较理想的发射阵元组合进行超声发射。

在通过超声打开血脑屏障治疗脑疾病的应用中，分为术前规划，超声发射功率校准以及治疗验证三个阶段。在术前规划阶段，磁共振成像装置可以对超声发射装置和目标对象进行定位，对目标对象的治疗靶点进行选择；在超声发射功率校准阶段，运行在控制器上的软件依据选择的靶点来筛选超声发射装置中的单元组合进行超声发射，同时目标对象注入血脑屏障开放辅助造影剂，利用磁共振装置进行快速图像采集，控制器上的软件依据磁共振采集的图像计算出脑部血管动力学参数，利用血管动力学参数图谱监控超声血脑屏障的开放情况，并对超声发射功率进行调节，在给定的辅助造影剂情况下，寻找到有效且安全开放血脑屏障的功率参数，达到有效开放血脑屏障又不造成目标对象的组织损伤的目的。

上述各实施例所提供的血脑屏障开放的监测系统可执行本发明任意实施例所提供的血脑屏障开放的监测方法，具备执行血脑屏障开放的监测方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的血脑屏障开放的监测方法，该监测方法包括：

控制超声发射装置基于第一超声功率进行发射，并控制磁共振装置获取目标对象的第一磁共振图像，根据所述第一磁共振图像确定所述目标对象的第一血管动力学参数，其中，所述第一超声功率小于引起血脑屏障开放标准功率；

控制所述超声发射装置基于第二超声功率进行发射，并控制所述磁共振装置获取目标对象的第二磁共振图像，根据所述第二磁共振图像确定所述目标对象的第二血管动力学参数，其中，所述第二超声功率大于所述第一超声功率；

根据所述第一血管动力学参数和所述第二血管动力学参数确定所述目标对象的血脑屏障是否开放。

当然，本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的血脑屏障开放的监测方法中的相关操作。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。