本发明涉及脑血流量测定的技术领域，更具体地，涉及一种脑血流量检测方法和系统。
背景技术：
脑组织血流是由脑血流循环自动调节维持的，是神经活动不受损伤的先决条件。对于脑血流量的测定，以往人们也研发了各种方法。
正电子发射型计算机断层显像(pet)测量脑血流法是目前最为认可的一种方法，但由于检查过程中需要连续多次采集动脉血，因此无法普及应用。
磁共振成像(mri)技术已应用于全身各系统的成像。但是使用该技术测量脑血流无法达到希望的快速检测，无法提供实时的脑血流变化。
技术实现要素：
针对上述问题中的至少一个，作为本发明的一个方面，提出了一种脑血流量检测方法，包括以下步骤：
s1、获取人体的pet图像和mri图像；
s2、通过所述mri图像在pet图像中定位颈动脉和脑组织的位置，进而在所述pet图像中获取脑组织处的时间-放射性曲线和颈动脉处的时间-放射性曲线；
s3、根据脑组织处的时间-放射性示踪剂浓度曲线和颈动脉处的时间-放射性示踪剂浓度曲线，通过以下公式求解脑血流量：
其中，ct(t)表示脑组织处的时间-放射性曲线，ca(t)表示颈动脉处的时间-放射性曲线，t表示时间，f为脑血流量，p为放射性示踪剂在脑组织和血液中的分配比值。
在一些实施例中，在步骤s1中，通过一体化pet-mri设备来同步获取pet图像和mri图像。
在一些实施例中，在步骤s3中，通过建立放射性示踪剂代谢的房室模型，并根据所述脑组织处的时间-放射性示踪剂浓度曲线和颈动脉处的时间-放射性示踪剂浓度曲线，通过以下公式求解所述房室模型的动力学参数，以得到放射性示踪剂在脑组织和血液中的分配比值：
其中，
其中，ct(t)表示脑组织处的时间-放射性曲线，ca(t)表示颈动脉处的时间-放射性曲线，t表示时间，α1和α2为中间参数，k1，k2，k3，k4为所述房室模型的动力学参数，
其中，k1表示颈动脉血浆中的放射性示踪剂转化为脑组织中的放射性示踪剂的速率系数，k2表示脑组织中的放射性示踪剂转化为颈动脉血浆中的放射性示踪剂的速率系数，k3表示脑组织中的放射性示踪剂转化为脑组织中的放射性示踪剂代谢产物的速率系数，k4表示脑组织中的放射性示踪剂代谢产物转化为脑组织中的所述放射性示踪剂的速率系数，
其中，k1即放射性示踪剂在脑组织和血液中的分配比值p。
在一些实施例中，根据公式(二)，通过曲线拟合和迭代求解所述房室模型的动力学参数，以找到一组动力学参数θ*＝(k1，k2，k3，k4)，使得通过公式(二)计算得到的脑组织处的时间-放射性曲线与通过所述pet图像得到的脑组织处的时间-放射性曲线的残差平方和最小。
在一些实施例中，所述房室模型包括三个房室，所述三个房室分别表示：颈动脉血浆中的放射性示踪剂浓度，脑组织中的放射性示踪剂浓度，和脑组织中的放射性示踪剂代谢产物浓度。
在一些实施例中，颈动脉血浆中的放射性示踪剂浓度、脑组织中的放射性示踪剂浓度和脑组织中的放射性示踪剂代谢产物浓度满足如下公式(三)：
ct(t)＝ce(t)+cm(t)公式(三)
其中，t表示时间，ct(t)表示脑组织中的总的时间-放射性曲线，ce(t)表示脑组织中的一种放射性示踪剂的时间-放射性曲线，cm(t)表示脑组织中的放射性示踪剂代谢产物的时间-放射性曲线。
在一些实施例中，所述放射性示踪剂为18f-fdg，放射性示踪剂代谢产物为18f-fdg-6-p。
在一些实施例中，步骤s2中，在通过所述pet图像获取脑组织和颈动脉处的时间-放射性示踪剂浓度曲线的步骤前，还包括：采用迭代图像重建方法重建所述pet图像，并校正所述pet图像的部分容积效应。
在一些实施例中，步骤s2中，将感兴趣区放在pet图像中的颈动脉或脑组织处，以获取所述脑组织和颈动脉处的时间-放射性曲线。
作为本发明的另一个方面，提出了一种脑血流量检测系统，所述系统根据上述的脑血流量检测方法来实现脑血流量的检测。
基于上述技术方案可知，本发明至少取得了以下有益效果中的一个：
本发明提出的脑血流量检测方法和系统，结合了mri图像与pet图像，mri高分辨率解剖图像能够很好显示颈内动脉等颅内解剖结构，可以简便、准确地提取pet图像中的颈动脉和脑组织的时间-放射性曲线，便于无创精准地完成脑血流量定量检测。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的脑血流量检测方法的流程图；以及
图2为根据本发明的实施例的房室模型示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
参照图1，示出了根据本发明的一个实施例的脑血流量检测方法的流程图，包括以下步骤：
s1、获取人体的pet图像和mri图像；
s2、通过所述mri图像在pet图像中定位颈动脉和脑组织的位置，进而在所述pet图像中获取脑组织处的时间-放射性曲线和颈动脉处的时间-放射性曲线；
s3、根据脑组织处的时间-放射性曲线和颈动脉处的时间-放射性曲线，通过以下公式求解脑血流量：
其中，ct(t)表示脑组织处的时间-放射性曲线，ca(t)表示颈动脉处的时间-放射性曲线，t表示时间，f为脑血流量，p为放射性示踪剂在脑组织和血液中的分配比值。
本发明的实施例提出的脑血流量检测方法，结合了mri图像与pet图像，mri高分辨率解剖图像能够很好显示颈内动脉等颅内解剖结构，无需采血或仅一次采血型即可以简便、准确地提取pet图像中的颈动脉和脑组织的时间-放射性示踪剂浓度曲线，便于无创精准地完成脑血流量定量检测。
具体地，公式(一)的推导过程如下。
根据菲克定律，将放射性示踪剂18f-fdg注入人体后，其在脑组织内的浓度变化可以由下式来描述：
其中，ct表示脑组织处的放射性示踪剂浓度，单位为计数/秒/克(counts/s/g)，ct(t)表示脑组织处的时间-放射性曲线；ca表示颈动脉处的放射性示踪剂浓度，单位为计数/秒/克(counts/s/g)，ca(t)表示颈动脉处的时间-放射性曲线；cv表示脑组织引流静脉中的放射性示踪剂浓度，单位为计数/秒/克(counts/s/g)；cv(t)为脑组织引流静脉中的时间-放射性曲线，t表示时间，单位为秒(s)，f为脑血流量，单位为计数/秒/毫升(counts/s/m1)，p为放射性示踪剂在脑组织和血液中的分配比值。
由于局部cv(t)的测定很困难，因此采用放射性示踪剂在脑组织与血浆中的平衡分配系数(比值)来计算。p为放射性示踪剂在脑组织和血浆中的分配比值，见下式：
将公式(2)带入公式(1)可以得到：
对公式(4)求解一次线性微分方程，便得到：
利用动态pet图像可以测定ct(t)和ca(t)在不同时间的值，获得颈部动脉血和脑组织处的时间-放射性曲线数据，因此，只要得到p的值，带入公式(4)就可以解得脑血流量f。
在一些实施例中，通过一体化pet-mri设备来同步获取pet图像和mri图像。一体化pet-mri设备将pet和mri两种成像设备结合在一起，利用一体化pet-mri设备，一次扫描即可同时获得pet和mri图像，易于配准和融合pet图案和mri图像，便于利用mri图像在pet图像中定位颈动脉和脑组织的位置，进而在所述pet图像中获取脑组织处和颈动脉处的时间-放射性示踪剂浓度曲线，从而能够无创精准地根据pet图像完成脑血流量定量检测。应当理解，在其他实施例中，如果能够精确配准和融合pet图案和mri图像，则也可以不必采用一体化pet-mri设备。
在一些实施例中，步骤s1中，放射性示踪剂为正电子示踪剂氟[18f]-氟代脱氧葡萄糖(18f-fdg)。18f-fdg半衰期长，价格较低，非常适合作为pet-mri设备的放射性示踪剂。在一些实施例中，步骤s2中，利用动态pet图像来测得颈动脉和脑组织处的放射性示踪剂浓度在不同时间的值，以提取时间-放射性示踪剂浓度曲线。
在一些实施例中，在步骤s3中，通过建立放射性示踪剂代谢的房室模型，并根据所述脑组织处的时间-放射性示踪剂浓度曲线和颈动脉处的时间-放射性示踪剂浓度曲线，通过以下公式求解所述房室模型的动力学参数，以得到放射性示踪剂在脑组织和血液中的分配比值：
其中，
其中，t表示时间，ct表示脑组织处的放射性示踪剂浓度，单位为计数/秒/克(counts/s/g)，ci(t)表示脑组织处的时间-放射性曲线；ca表示颈动脉处的放射性示踪剂浓度，单位为计数/秒/克(counts/s/g)，ca(t)表示颈动脉处的时间-放射性曲线，α1和α2为中间参数，用于简化公式的形式，k1，k2，k3，k4为所述房室模型的动力学参数。
其中，k1表示颈动脉血浆中的放射性示踪剂转化为脑组织中的放射性示踪剂的速率系数，k2表示脑组织中的放射性示踪剂转化为颈动脉血浆中的放射性示踪剂的速率系数，k3表示脑组织中的放射性示踪剂转化为脑组织中的放射性示踪剂代谢产物的速率系数，k4表示脑组织中的放射性示踪剂代谢产物转化为脑组织中的所述放射性示踪剂的速率系数，其中，k1即放射性示踪剂在脑组织和血液(颈动脉)中的分配比值p。上述房室模型是指将机体视为一个系统，系统内部按动力学特点分为若干个房室。房室是一个假设的空间，其划分与解剖学部位或生理学功能无关，只要体内某些部位特定物质的转运速率相同，均视为同一室。建立房室模型是为了使复杂的生物系统简单化，从而能定量地分析特定物质在体内的动态过程。
进一步地，在一些实施例中，所述房室模型包括三个房室，所述三个房室分别表示：颈动脉血浆中的放射性示踪剂浓度，脑组织中的放射性示踪剂浓度，和脑组织中的放射性示踪剂代谢产物浓度。
在一些实施例中，颈动脉血浆中的放射性示踪剂浓度、脑组织中的放射性示踪剂浓度和脑组织中的放射性示踪剂代谢产物浓度满足如下公式(三)：
ct(t)＝ce(t)+cm(t)公式(三)
其中，t表示时间，ct(t)表示脑组织中的总的时间-放射性示踪剂浓度曲线，ce(t)表示脑组织中的一种放射性示踪剂的时间-放射性示踪剂浓度曲线，cm(t)表示脑组织中的放射性示踪剂代谢产物的时间-放射性示踪剂浓度曲线。其中ce和cm不能直接测量，而ct可通过pet图像得到。
具体地，公式(二)的推导过程如下。
根据上述房室模型，可以得到：
另外，有ct(t)＝ce(t)+cm(t)(7)
结合(5)、(6)、(7)三式求解即可得：
其中，
通过曲线拟合和多次迭代，直到找到一组动力学参数θ*＝(k1，k2，k3，k4)，使得通过公式(8)，即公式(二)，计算得到的ct(t)曲线与通过pet图像得到的ct(t)曲线最接近，即两条曲线的残差平方和最小。这样便得到了动力学参数k1，也即公式(4)中的p。进一步根据公式(4)，即公式(一)，便可解得脑血流量f。
根据一个具体的示例，放射性示踪剂为正电子示踪剂氟[18f]-氟代脱氧葡萄糖(18f-fdg)。如图2所示，所述房室模型包括三个房室，所述三个房室分别表示：颈动脉血浆中的18f-fdg浓度ca，脑组织中的18f-fdg浓度ce，和脑组织中的氟[18f]-氟代脱氧葡萄糖-6-磷酸(18f-fdg-6-p)浓度cm。
相应地，公式(二)中，ct(t)表示脑组织中的总的时间-放射性曲线，ca(t)表示颈动脉处的时间-放射性曲线；k1表示颈动脉血浆中的18f-fdg转化为脑组织中的18f-fdg的速率系数，k2表示脑组织中的18f-fdg转化为颈动脉血浆中的18f-fdg的速率系数，k3表示脑组织中的18f-fdg转化为脑组织中的18f-fdg-6-p的速率系数，k4表示脑组织中的18f-fdg-6-p转化为脑组织中的18f-fdg的速率系数。其中，k1即放射性示踪剂在脑组织和血液中的分配比值p。如上所述，根据公开(二)求解出k1后，代入公式(一)，即可求得准确的脑血流量的数值。
在一些实施例中，采用图像衍生动脉输入函数(imaged-derivedarterialinputfunction，idaif)法获取动脉输入函数，即颈动脉处的时间-放射性曲线对应的函数ca(t)。图像衍生动脉输入函数法采用迭代图像重建方法重建pet图像，并对pet图像进行部分容积效应校正，然后通过解剖图像(如mri图像)协助获取颈动脉、脑皮质准确的解剖位置，再将感兴趣区放在颈动脉和脑皮质获得颈动脉、脑皮质的时间-放射性曲线，进一步获取动脉输入函数。
图像衍生动脉输入函数方法中必须获得准确的解剖位置，这样才能得到真实的时间-放射性曲线。因此，在步骤s2中，通过mri图像来协助获取颈动脉、脑组织(脑皮质)准确的解剖位置，即，通过所述mri图像在pet图像中定位颈动脉和脑组织的位置，进而在所述pet图像中获取脑组织处的时间-放射性曲线和颈动脉处的时间-放射性曲线。
根据一个示例，可采用一体化pet-mri设备来同步获取pet图像和mri图像。一体化pet-mri设备有利于精确地获得颈动脉、脑皮质准确的解剖位置，为利用图像衍生动脉输入函数法精确测量脑血流量提供了方便。
优选地，在一些实施例中，步骤s2中，在通过pet图像获取脑组织和颈动脉处的时间-放射性曲线的步骤前，还包括：采用迭代图像重建方法重建pet图像，并校正pet图像的部分容积效应。采用迭代图像重建方法重建pet图像，并校正pet图像的部分容积效应，有利于获得精确的时间-放射性曲线。
在一些实施例中，步骤s2中，在通过mri图像在pet图像中准确定位颈动脉和脑组织的位置后，将感兴趣区(roi)放在pet图像中的颈动脉或脑组织处，以获取颈动脉和脑组织的时间-放射性曲线。感兴趣区是从图像中选择的一个图像区域，这个区域是图像分析所关注的重点，圈定该区域以便进行进一步处理。使用感兴趣区圈定想关注的目标，可以减少处理时间，增加精度。
不同于传统的pet方法，本发明的实施例采用的图像衍生动脉输入函数法无需抽取动脉血浆，且更加精确、快速、方便。
本发明另一方面还提出了一种脑血流量检测系统，包括一体化pet-mri设备，所述系统根据上述的脑血流量检测方法来实现脑血流量的检测。
本发明的实施例提出的脑血流量检测方法和系统，采用了pet-mri设备，一次扫描即可获得pet和mri图像。mri高分辨率解剖图像能够很好显示颈内动脉等颅内解剖结构；结合mri图像与pet图像，可以简便、准确地提取颈动脉和脑组织的时间-放射性示踪剂浓度曲线并获取动脉输入函数；并通过曲线拟合和函数迭代获得房室模型的动力学参数，可无创精准地完成脑血流量定量检测。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。