3.0T场强下大鼠模型的多模态磁共振成像方法与流程

本发明涉及一种断层扫描成像方法，特别是涉及一种3.0T场强下大鼠模型的多模态磁共振成像方法。

背景技术：

目前，3.0T磁共振(MRI)扫描仪已经广泛和普遍的应用于医院临床及科研，由于有较好地软组织分辨率，可以很好地用于中枢神经系统疾病的研究和诊断。但是，目前研究动物模型较多的应用机型为超高场动物磁共振扫描仪，范围从4.7T到17.2T小动物MRI扫描仪。但是这些超高场MRI短期内还无法进入医院用于病人的临床诊断。原因如下：一方面美国FDA未允许任何一款7T以上的MRI进入临床，同时FDA审批部门认为8.0T以上MRI扫描对于人体有害，另一方面它的高昂造价以及高收费阻碍了其在MRI领域的推广。所以如果在医院作动物模型的功能成像研究，最好采用3.0TMRI扫描仪，同时配合动物线圈的使用，这样可以直接将动物模型研究的成果应用于病人身上。但是目前国内外对于3.0T功能磁共振(fMRI)以及弥散张量成像(DTI)扫描大鼠模型尚没有一个规范化的扫描过程及关键性技术的提出。

质子磁共振波谱(¹H-MRS)成像是一种无创性、无辐射性、利用磁共振现象和化学移位技术测定人脑某些特定部位的一些代谢化合物的方法，是目前惟一可以在活体进行无创性检测细胞水平代谢的检测方法，它可显示某些异常代谢物的出现及一些正常代谢产物含量的异常改变。

由此可见，上述现有的3.0T场强下大鼠模型的脑部功能磁共振成像扫描、弥散张量成像扫描、质子磁共振波谱扫描技术在规范化与流程上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种3.0T场强下大鼠模型的多模态磁共振成像方法，规范对大鼠模型在3.0T场强的脑部功能磁共振成像扫描、弥散张量成像扫描、质子磁共振波谱扫描并得到清晰所需的扫描图像。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明公开一种3.0T场强下大鼠模型的多模态磁共振成像方法，包括如下步骤：S1，对大鼠模型进行麻醉，麻醉后采用俯卧位将大鼠模型固定在大鼠专用线圈内；S2，对大鼠模型进行结构像扫描；先选用快速自旋回波序列对大鼠模型的颅脑分别进行常规的横断面T2WI扫描、矢状面T2WI扫描获得轴位结构图像、矢状位结构图像，然后扩大视野的冠状面T2WI扫描，获得扩大视野的冠状位图像；S3，对大鼠模型进行脑部功能磁共振成像扫描；S4，对大鼠模型进行弥散张量成像扫描；其中弥散敏感梯度为32个不同的方向；其中步骤S3是将步骤S2中得到的扩大视野的冠状位图像、轴位结构图像、矢状位结构图像作为定位像；步骤S3、S4扫描时在扩大视野的冠状位图像加双斜位的饱和带，遮盖双侧颞骨岩部的气体部分；以及S5，最后对大鼠模型进行质子磁共振波谱扫描，包括在扩大视野的冠状位图像确定海马及丘脑最大层面并作为扫描中心层面，该中心层面的中心部位为兴趣区，然后对大鼠模型的海马及丘脑行二维多体素波谱采集。

本发明解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

上述的多模态功能磁共振成像方法，步骤S1中所述固定为大鼠的头部采用真空枕及固定带，并将沙袋放在线圈两侧，将大鼠固定在大鼠专用线圈内，防止在扫描过程中因为机器震动所引起图像运动伪影。

上述的多模态功能磁共振成像方法，步骤S2中，横断面T2WI扫描的参数为TR＝3225ms，TE＝85ms,NEX＝4,层数＝8，层厚＝1.5mm，层间距＝0.5mm，FOV＝80×80mm；矢状位T2WI扫描参数为TR＝3225ms，TE＝85ms,NEX＝2,层数＝12，层厚＝1.5mm，层间距＝0.5mm，FOV＝80×80mm；其中，TR为重复时间，TE为回波时间，NEX为激励次数，FOV为视野。

上述的多模态功能磁共振成像方法，步骤S2中，扩大视野的冠状面T2WI扫描的参数为TR＝3225ms,TE＝85ms,NEX＝2，层厚＝1.0mm，层间距＝0mm,FOV＝40×40mm,层数＝20层，FLIP＝90°，采集矩阵＝320×256。

上述的多模态功能磁共振成像方法，步骤S3中功能磁共振成像扫描的EPI序列包括，TR＝2000ms，TE＝20ms，FOV＝40×40mm，层数＝18层，层厚＝1.5mm，层间距＝0mm，NEX＝1，230个容积扫描，其中EPI为平面回波。

上述的多模态功能磁共振成像方法，步骤S4中弥散张量成像扫描的具体参数为TR＝3275ms,TE＝85ms,层厚＝1.5mm,层间距＝0mm,FOV＝40x40mm，采集矩阵＝128×128,共扫15层。弥散加权系数中b值分别为0及1000s/mm²。

上述的多模态功能磁共振成像方法，步骤S5中质子磁共振波谱扫描采用PRESS技术，匀场、抑水均由3.0T场强MR扫描仪自动完成，抑水率>97％；具体参数为TR＝1500ms，TE＝35ms，FOV＝40mm×40mm，Flip angle＝90°，层厚＝5mm，NEX＝1，voxel thickness＝8cm,CSI Slice Thickness＝4cm,Frequency＝18，Phase＝16.NEX＝1；其中，Flip angle为翻转角，voxel thickness为兴趣区厚度，Slice Thickness为层厚，Frequency为频率编码数，Phase为相位编码数。

上述的多模态功能磁共振成像方法，步骤S5中，在所述兴趣区周围加五个饱和带，该五个饱和带分别位于所述兴趣区的上、下、左、右、前方；采集氢谱前进行均场和频率选择性水抑制，自动均场后进行扫描。

借由上述技术方案，本发明3.0T场强下大鼠模型的多模态磁共振成像方法至少具有下列优点及有益效果：

目前国内外对于3.0T功能磁共振(fMRI)、弥散张量成像(DTI)及多体素磁共振波谱扫描(¹H-MRS)扫描大鼠模型尚没有一个规范化的扫描过程及关键性技术的提出。本发明提出一种适用于在3.0T磁共振扫描仪上研究大鼠模型的多模态功能成像研究扫描规范。本发明的多模态功能成像规范化流程可以广泛用于医院各种神经系统疾病大鼠模型的动物实验研究。通过本发明的实施能够规范对大鼠模型在3.0T场强的脑部功能磁共振成像扫描、弥散张量成像扫描、质子磁共振波谱扫描并得到清晰所需的扫描图像。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明结构像扫描中得到矢状位结构图。

图2是本发明结构像扫描中得到轴位结构图。

图3是本发明扩大视野的冠状位图像。

图4是本发明功能磁共振扫描成像示意图。

图5是本发明弥散张量成像扫描示意图。

图6是本发明质子磁共振波谱扫描定位像示意图。

图7是本发明质子磁共振波谱扫描波谱处理结果示意图。

图8是本发明步骤流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种3.0T场强下大鼠模型的多模态磁共振成像方法的具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

本发明采用的3.0T场强磁共振扫描仪的生产厂家为美国通用医疗(GE)公司，型号为Discovery 750。采用的8通道正交大鼠专用线圈的生产厂家为上海晨光医疗科技有限公司提供，型号为CG-MUC30-H300-AG。

请参阅图1至图7，本发明公开一种3.0T场强下大鼠模型的多模态磁共振成像方法，包括如下步骤：

S1，对大鼠模型进行麻醉，麻醉后采用俯卧位将大鼠模型固定在大鼠专用线圈内。

大鼠模型涵盖各种器质性及非器质性神经系统疾病模型大鼠，如精神分裂症、抑郁症、脑创伤及脑梗死模型大鼠等。用于研究这些疾病模型的大脑神经功能改变机制，同时也可以用于研究相应治疗药物作用机制及评价该药物治疗效果。

所有实验大鼠即大鼠模型实验开始前腹腔注射10％水合氯醛(1.5ml/kg)进行大鼠麻醉。大鼠麻醉后采用俯卧位，头部采用真空枕及固定带固定以减少头部活动。然后将沙袋放在线圈两侧，将大鼠固定在大鼠专用线圈内。沙袋固定也较为重要，否则线圈发生上下左右的震动，从而图像产生较大的波动伪影。

S2，对大鼠模型进行结构像扫描。

大鼠在整个实验过程中处于安静麻醉状态。先选用快速自旋回波序列对大鼠模型的颅脑分别进行常规的扫描，该常规扫描包括横断面T2WI扫描、及矢状面T2WI扫描。

如图1、图2所示，设定横断面T2WI扫描的参数为TR＝3225ms，TE＝85ms,NEX＝4,层数＝8，层厚＝1.5mm，层间距＝0.5mm，FOV＝80×80mm。矢状位T2WI扫描参数为TR＝3225ms，TE＝85ms,NEX＝2,层数＝12，层厚＝1.5mm，层间距＝0.5mm，FOV＝80×80mm，采集矩阵＝256×256。其中，TR为重复时间，TE为回波时间，NEX为激励次数，FOV为视野。

在以轴位图像11为主要层面设置定位线12对定位线12所在矢状面进行扫描，得到矢状位结构图像13(如图1)。在以矢状位图像21为主要定位层面上设置定位线22对定位线22所在横断面进行扫描，得到轴位结构图像23(如图2)。上述常规扫描是为了得到清晰的定位图像。上述轴位结构图像13、矢状位结构图像23分别为扫描出的多个轴位结构图像13、矢状位结构图像23中的一个。

如图3所示，进行扩大视野的冠状面T2WI扫描。设定扩大视野的冠状面T2WI扫描的参数为TR＝3225ms,TE＝85ms,NEX＝2，层厚＝1.0mm，层间距＝0mm,FOV＝80×40×30mm,层数＝20层，FLIP＝90°，采集矩阵＝320×256。在得到的如图1、图2所示的矢状位结构图13及轴位结构图23设置定位线，对定位线所在冠状位进行扫描。获得到扩大视野的冠状位图像31。

该扩大视野的冠状位图像31可以用于后期脑区结构的分割，用于研究相关疾病大鼠模型鼠脑结构的形态学改变。

S3，对大鼠模型进行脑部功能磁共振成像扫描。

如图4所示，进行功能磁共振成像扫描。设定功能磁共振成像扫描的EPI序列参数：TR＝2000ms，TE＝20ms，FOV＝40×40mm，层数＝18层，层厚＝1.5mm，层间距＝0mm，NEX＝1，230个容积扫描。其中EPI为平面回波。

将步骤S2中得到的扩大视野的冠状位图像31、矢状位结构图像13、轴位结构图像23作为定位像进行功能磁共振(fMRI)序列定位及得到功能磁共振(fMRI)图像41。

S4，对大鼠模型进行弥散张量成像扫描。

如图5所示，进行弥散张量成像(DTI)扫描，弥散敏感梯度为32个不同的方向。设定弥散张量成像扫描的具体参数为TR＝3275ms,TE＝85ms,层厚＝1.5mm,层间距＝0mm,FOV＝40x40mm，采集矩阵＝128×128,共扫15层。弥散加权系数b值分别为0及1000s/mm²。

在步骤S2中得到的扩大视野的冠状位图像31、矢状结构图像13作为主要定位像，进行弥散张量成像(DTI)扫描得到弥散张量图像51。

步骤S3、步骤S4扫描时在扩大视野的冠状位图像31加双斜位的饱和带42，遮盖双侧颞骨岩部的气体部分。该饱和带可以减轻气体伪影。如果不加该饱和带，图像信噪比较差。

在一实施例中上述步骤S3、步骤S4可以颠倒顺序进行扫描，即先执行步骤S4再执行步骤S3。

S5，最后对大鼠模型进行质子磁共振波谱扫描。

如图6、图7所示，进行多体素质子磁共振波谱扫描。二维多体素质子磁共振波谱(CSI)扫描采用点分辨波谱(PRESS)技术，匀场、抑水均由3.0T场强磁共振扫描仪自动完成，抑水率>97％。设定质子磁共振波谱扫描具体参数为TR＝1500ms，TE＝35ms，FOV＝40mm×40mm，Flip angle＝90°，层厚＝5mm，NEX＝1，voxel thickness＝8cm，Slice Thickness＝4cm,Frequency＝18，Phase＝16。其中，Flip angle为翻转角，voxel thickness为兴趣区厚度，Slice Thickness为层厚，Frequency为频率编码数，Phase为相位编码数。

在扩大视野的冠状位图像31确定海马及丘脑最大层面，该最大层面作为扫描中心层面，该中心层面的中心位置为兴趣区61。然后对大鼠模型的海马及丘脑行二维多体素质子磁共振波普采集。

如图6所示，在兴趣区61周围加五个饱和带62，该五个饱和带62分别位于兴趣区60的上、下、左、右、前方。这样既可以很好压制兴趣区61周围的干扰成分，又能满足图像质量要求。

如图7所示，兴趣区61的波谱结果图71，在兴趣区61内提取第一兴趣区72对应波谱结果图76，第二兴趣区73对应波谱结果图77，第三兴趣区74对应波谱结果图78，第四兴趣区75对应波谱结果图79。采集氢谱前进行均场和频率选择性水抑制，自动均场后进行扫描。使得线宽(FWHM)和水抑制均达到规定要求，检测的代谢物包括N-乙酰天门冬氨酸(NAA)，胆碱(Cho)，肌酸(Cr)，后续可以利用磁共振波谱成像量化工具(LC-Model)分析代谢产物。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。