一种异常扩散程度加权的弥散磁共振成像方法技术领域
本发明涉及一种磁共振成像方法，尤其涉及一种异常扩散程度加权的弥
散磁共振成像方法。
背景技术
DWI(弥散加权成像)作为唯一可以测量水分子在组织中运动情况的成像
方式目前在临床实践中已经得到了广泛的应用。其理论假设基于水分子在组
织中的扩散是高斯型扩散，所得信号满足S＝S0 exp(-b×ADC)，ADC即为表现
扩散系数。
但是由于人体组织中水分子会受到多种障碍物的干扰(如细胞膜、生物
大分子等)，水分子的扩散往往并不满足高斯型扩散呈现出一种非高斯的特
点。为了描述这种非高斯的现象，有人提出了双指数模型，扩展指数模型，
DKI(弥散峰值成像)模型、IVIM(体素内不相干)模型等。
其中DKI在目前临床中的应用较为广泛，该模型也是利用峰值这一概念
来描述水分子的非高斯分布，其理论公式为：
Depp与Kapp分布表示了表观扩散系数与表观峰值。它是从DWI公式的泰勒展开
中得到的，其物理图像并不清晰，而且这种技术同时面临的问题在于需要多
组b值多个方向(至少3个b值15个方向)，数据需进行复杂的拟合处理，
拟合所得的Kapp并不是真实的K，在临床诊断上虽然有帮助，但是它能否真实
的反映非高斯的程度很值得怀疑。同时拟合与多次采样等不利因素直接导致
DKI的耗时更长并且数据不可靠，这对临床应用产生了很多消极的影响。
发明内容
本发明旨在提供异常扩散程度加权的弥散磁共振成像方法，可以很好地
反映组织中水分子弥散的峰值K的变化，为疾病的诊断提供参考。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开的异常扩散程度加权的弥散磁共振成像方法，包括以下步骤：
步骤1、采用脉冲梯度自旋回波PGSE信号对组织中的水分子进行扫描，
并记录扫描结果A；
步骤2、在与步骤1中相同弥散梯度b值下采用振荡梯度自旋回波OGSE
信号对组织中的水分子进行扫描，并记录扫描结果B；
步骤3、扫描结果A减去扫描结果B获得差值C。
进一步的，在步骤3之后还包括将差值C取绝对值。可将差值C统一表
征为正值。
进一步的，在步骤3之后还包括将差值C取绝对值后乘以一个正常数后
得到数值D。当差值C数值较小时，可提高后期分析的灵敏度。
进一步的，在步骤1、2中，分别采用双极弥散梯度GRE信号和振荡弥散
梯度GRE信号替换脉冲梯度自旋回波PGSE信号和振荡梯度自旋回波OGSE信
号。
进一步的，在步骤3以后，更换弥散梯度b值，再重复步骤1、2、3。
优选的，所述振荡梯度自旋回波OGSE信号的波形为方波、余弦波、正弦
波、混合波形或三角波。
进一步的，所述弥散梯度b值、振荡梯度自旋回波OGSE信号的频率、脉
冲梯度自旋回波PGSE信号扫描的扩散时间Δ、弥散δ的值均可设定。
优选的，所述双极弥散梯度GRE信号的波形为方波、余弦波、正弦波、
混合波形或三角波。
进一步的，所述双极弥散梯度GRE信号和振荡弥散梯度GRE信号的频率、
双极弥散梯度GRE信号扫描的扩散时间Δ、弥散δ的值均可设定。
本发明公开的基于pulsed gradient spin echo(PGSE)和oscillating
gradient spin echo(OGSE)信号差异的弥散磁共振成像方法，命名为DOOP
(the Difference Of OGSE and PGSE)；DOOP信号可以很好地反映水分子弥
散的峰值K的变化，它随着人体组织结构的变化而变化从而帮助疾病的诊断。
DOOP信号的计算方法如下：
SignalDOOP＝SignalPGSE-signalOGSE
signalPGSE表示PGSE信号，SignalOGSE表示OGSE信号。
DOOP信号即为差值C。
峰值K的定义如下：
其中s＝rt-r0，rt、r0分别表示水分子在t时刻的空间位置与初始时
刻的空间位置。n表示选择的测量方向。在高斯分布的前提下，K等于0时得
到的标准的高斯分布，K>0时得到的分布具有更加尖锐的峰值，K<0时得到的
则是更加平缓的峰值。在分布函数均值、方差相同的情况下，K值可以很好
的反映水分子分布的集中情况。
在弥散成像中，由于细胞膜，生物大分子等结构的存在，水分子的弥散
受到各种障碍物的干扰，从而偏离标准的高斯分布，这时候K值就能很好地
描述所受的干扰的情况。
由于OGSE快速变化的弥散梯度提供了对短时扩散效应的测度，而这种
短时效应的测度将在组织中有障碍物的扩散近似作为一种非障碍的扩散在测
量，主要反映的是反映水分子自由扩散的情况，从PGSE信号中将OGSE信号
减去，得到的部分可视为由于组织中各种障碍对水分子产生的干扰，也就是
偏离高斯分布的程度。
既然DOOP和K都是反应水分子偏离高斯分布的情况，他们之间就存在一
定的联系，而且由于组织中的K难以直接测量，DOOP就提供了一种很好的手
段来度量K的变化，从而反映出细胞组织结构的差异。
本发明的有益效果：本发明与现行主流的成像方式相比(DKI(弥散丰度
成像)、DTI(弥散张量成像))等，具有时间更快、易用、成像效果好，不依
赖拟合等优点；DOOP信号可以很好地反映水分子弥散的峰值K的变化，它随
着人体组织结构的变化而变化从而帮助疾病的诊断。
附图说明
图1为PGSE和OGSE脉冲时序图；
图2为b＝1500时，随R增加DOOP与K的变化示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，
对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤1、采用脉冲梯度自旋回波PGSE信号对组织中的水分子进行扫描，
并记录扫描结果A；
步骤2、在与步骤1中相同弥散梯度b值下采用振荡梯度自旋回波OGSE
信号对组织中的水分子进行扫描，并记录扫描结果B；
步骤3、获得扫描结果A与扫描结果B的差值C；然后对差值C取绝对
值，根据差值C的数值大小，当差值C的数值较小时，可对差值C的绝对值
乘以一个正常数后得到数值D
在步骤3以后，更换弥散梯度b值，再重复步骤1、2、3；获得多个差
值C，更客观的反映水分子在组织中扩散偏离高斯分布的程度。
本实施例采用的PGSE和OGSE脉冲时序如图1所示，当然，信号的参数
(b、OGSE的频率)可设定不同的值，OGSE波形可采用各种变种，如余弦波、
正弦波、混合波形、三角波、矩形波等，PGSE参数如b值、扩散时间Δ、弥
散δ等均设定不同的值。
如图2所示，本实施例进行了蒙特卡罗方法的模拟。模拟对象为一个圆
形细胞内部水分子扩散，水分子扩散系数2.5×10-3mm2/s。时间步长
Δt＝0.2×10-5s，总的弥散时间为0.1s。改变R测量相应的DOOP、K。根据
实验测定R的一般值取为5微米，VR的一般值取为0.65，R的变化范围为3-10
微米。每个R变量的模拟都将重复30次，取得相关参数的平均值和不确定度。
从模拟结果来看，DOOP信号与K对于R的变化有很好的相关性，相关系
数达到0.95。我们就可以用DOOP来反应K的变化。因为K体现了水分子偏
离准高斯的程度，因此DOOP信号同样反映了水分子偏离高斯的程度。可以用
我们所提出的这种方法反映疾病引起的组织结构的改变造成的K值变化。因
为DOOP信号标准差很小，图2中未能明显显示。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤1、采用双极弥散梯度GRE信号对组织中的水分子进行扫描，并记
录扫描结果A；
步骤2、在与步骤1中相同弥散梯度b值下采用振荡弥散梯度GRE信号
对组织中的水分子进行扫描，并记录扫描结果B；
步骤3、获得扫描结果A与扫描结果B的差值C；然后对差值C取绝对
值，根据差值C的数值大小，当差值C的数值较小时，可对差值C的绝对值
乘以一个正常数后得到数值D。
在步骤3以后，更换弥散梯度b值，再重复步骤1、2、3；获得多个差
值C，更客观的反映水分子在组织中扩散偏离高斯分布的程度。
当然，信号的参数(b、振荡梯度的频率)可设定不同的值，振荡梯度
波形可采用各种变种，如余弦波、正弦波、混合波形、三角波、矩形波等，
双极弥散梯度GRE参数如b值、扩散时间Δ、弥散δ等均设定不同的值。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的
情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，
但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。