一种用于人体糖原磁共振成像的方法及系统

本发明涉及磁共振成像领域，具体而言，涉及一种用于人体糖原磁共振成像的方法及系统。

背景技术：

1、糖原作为哺乳动物细胞中储存葡萄糖的主要形式，在维持血浆葡萄糖水平和为细胞活动以及运动功能提供燃料方面发挥着重要作用。在人类中，大部分(高达90％)吸收的葡萄糖以肌肉糖原的形式沉积，正常浓度约为80mm(葡萄糖单位)，而更高浓度(200～500mm)的糖原储存在肝脏中。众所周知，人类的糖原代谢与动物有很大不同。为了详细了解人类糖原代谢，以及对相关疾病进行潜在的临床评估，需要一种非侵入性的方法来直接观察人类糖原代谢。

2、虽然血糖水平可以容易地测量并用作诊断生物标志物，但组织糖原浓度的精确非侵入性测量本身具有挑战性，但对于基础科学和临床应用具有相当大的兴趣。由于糖原被限制在细胞内的位置，肝糖原含量的可靠测量一直是有问题的。组织活检后糖原的生化测定是最古老的测量方法，但其侵入性以及肝脏内区域差异的可能性，限制了这种方法的临床应用。

3、对于人体糖原成像方法，最常用的是使用13c磁共振波谱(mrs)检测体内糖原的方法，极大地促进了对动物和人类的糖原代谢的定量了解。大约25年前就证明了用13c nmr光谱非侵入性测量肝脏和肌肉中糖原的能力。对i型和ii型糖尿病患者的大量后续研究对糖尿病状态下肌肉和肝糖原代谢的失调产生了有价值的见解。尽管取得了这些进展，但由于13c核的低天然丰度和低回旋磁比，以及通常需要的13c标记同位素的成本，体内13c nmr光谱学仍然受到其固有的低信噪比(snr)的阻碍。此外，绝大多数临床mri扫描仪缺乏13c检测能力，该技术的临床应用可能仅限于研究领域。

4、一方面，由于13c mrs的检测灵敏度较低，总糖原水平的测量通常在自然丰度(1.1％)下以低时间和空间分辨率或在大体积中进行。13c测量的额外硬件要求也进一步限制了广泛的应用。因此，仍然需要一种灵敏度更高、能够快速和局部检测人体内糖原的方法。

5、另一方面，饱和转移(st)或化学交换饱和转移(cest)mri作为一种新兴方法出现，成功实现对几种代谢物的高分辨率检测，包括糖原、肌酸(cr)和磷酸肌酸(pcr)。在cestmri中，z谱(类似于1h mr谱)显示了不同来源的分子的增强，包括与水交换质子的分子(例如，-nh,-nh2,-oh利用通过羟基质子与水交换的信号增强，糖原cest(glycocest)实验以前已经被探索过，但羟基质子的快速交换性质给在频谱中正确提取糖原cest信号带来了巨大挑战。在st实验中提出了一种通过rnoe机制(glyconoe)的糖原成像方法，并成功应用于小鼠肝脏糖原的体内测绘。然而，使用glyconoe mri探测肌肉糖原(浓度低得多)在人类中仍然缺乏验证。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种用于人体糖原磁共振成像的方法及系统，以至少解决现有技术中无人体组织中糖原的无创定量与高时空分辨率成像的技术问题。

2、根据本发明的一实施例，提供了一种用于人体糖原磁共振成像的方法，包括以下步骤：

3、s101:制备不同浓度的糖原溶液样品，对糖原溶液样品进行mri扫描，建立糖原信号与糖原浓度的线性关系；

4、s102:采集cest实验数据；

5、s103:分析cest实验数据，从z谱中提取并定量糖原信号，并利用糖原信号与糖原浓度的线性关系得到糖原在特定图像位置的浓度分布。

6、进一步地，在步骤s101中，利用磷酸盐缓冲盐水pbs制备不同浓度的糖原溶液样品。

7、进一步地，在步骤s101中，在体外mri实验中，在36-38℃水浴条件下对糖原溶液样品进行mri扫描，建立糖原信号与糖原浓度的线性关系。

8、进一步地，在步骤s101中，用磷酸盐缓冲盐水pbs制备各种浓度的cr(10、20、30、40和50mm，sigma，st.louis)、pcr(7、13、19、26和32mm，sigma，st.louis)和兔肝糖原(20、40、60、80、100、200、300和400mm，sigma，st.louis)溶液，ph为7.3。

9、进一步地，在步骤s102中，对多名男性健康志愿者进行mri小腿扫描，男性年龄为22-32岁，cest实验在uih jupiter 5t进行。

10、进一步地，在cest实验中，使用一个24通道的纯接收身体阵列线圈和一个48通道的纯接收脊柱线圈；对于人的小腿肌肉，使用一个24通道的传输/接收膝关节线圈；

11、在每个实验中，对一个选择性切片获取不同射频脉冲功率的多个cest全z谱；在每个4s人体或7s仿体的tr中，应用一个3s的连续波cw脉冲，然后进行单次快速自旋回波序列fse读出。

12、进一步地，在步骤s103中，所有的z谱都以逐个体素的方式进行分析；

13、首先用wassr方法对z谱的b0偏移进行校正；然后，开发一个两步多池洛伦兹拟合，从z谱中提取pcr和glyconoe信号，最后，通过从低场背景光谱中减去上场获得的z谱，构建校正的mtr′asym；

14、利用两步多池洛伦兹拟合策略来提取glyconoe、+1.95ppm和+2.5ppm信号：首先，通过使用6池洛伦兹拟合，提供+1.95ppm和+2.5ppm的信号和一个校正的mtr′asym，然后，cmtr′asym谱被进一步用4池洛伦兹拟合；

15、对于体外的pcr和糖原，通过拟合2-pool lorentzian线型中心分别在+1.95ppm和+2.5ppm附近得到pcr信号。

16、根据本发明的另一实施例，提供了一种用于人体糖原磁共振成像的系统，包括：

17、主磁铁，被配置为在成像体积上提供足够均匀的磁场；

18、一个磁梯度线圈，被配置为在磁场中产生空间编码；

19、一个射频线圈，被配置为在成像体积内的多个体素中的每个体素上获取一个或多个水质子信号强度测量值，其中信号强度测量值是在一个或多个辐照频率下在每个体素中获取的，辐照频率比与自由水质子相关的基线频率低百万分之一ppm；

20、一个数据处理器，其配置为根据每个体素中的水质子信号强度测量值，生成多糖分子中的脂肪族质子与成像体积中的自由水质子的中继核奥氏效应rnoe交换过程的水质子信号强度图；以及利用对rnoe交换过程的水质子信号强度测量的校准，得到成像体积中糖原分子的浓度图。

21、进一步地，水质子信号强度的测量是在向成像体积施用外源分子之前、期间或之后获得的；其中，射频线圈被进一步配置为在施用外源多糖后，在成像容积内的多个体素中的每个体素获取一个或多个水质子信号强度测量值，以及数据处理器被进一步配置为生成成像容积内多糖分子的一系列浓度图。

22、进一步地，水质子信号强度的测量是在对成像容积内的人体内源性糖原进行干预之前获得的；射频线圈被进一步配置为在干预之后，在成像容积内的多个体素中的每个体素获得一个或多个水质子信号强度测量值，以及数据处理器被进一步配置为生成成像体积中多糖分子的一系列浓度图。

23、一种存储介质，存储介质存储有能够实现上述任意一项用于人体糖原磁共振成像的方法的程序文件。

24、一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的用于人体糖原磁共振成像的方法。

25、本发明实施例中的用于人体糖原磁共振成像的方法及系统，研究了人类小腿肌肉中糖原noe以及pcr-cest信号的定量和绘图，这为在高空间和时间分辨率下无创地研究人类能量代谢(糖原和pcr)提供了的机会。借助于糖原的中继核overhauser效应(glyconoe)，利用糖原和水的磁耦合对糖原进行特异性高灵敏度成像，实现对人体组织中糖原的无创定量与高时空分辨率成像。