CN116953008B - 基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法及系统，包括：S1、采集未干预的小鼠模型的脑部MR‑CEST图像作为模片；S2、采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR‑CEST图像，作为注射后图像；所述引入PiB探针的小鼠模型为注射有PiB溶液的小鼠模型；S3、对模片和注射后图像分别进行后处理；S4，对比经过后处理的模片与经过后处理的注射后图像，检测β淀粉样蛋白浓度。本发明可以实现无辐射地检测β淀粉样蛋白斑块的浓度，同时PiB探针在PET成像方面具备前期研究基础，具有较好的生物安全性，进一步确保了检测的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及医学影像领域，尤其涉及基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法及系统。
背景技术
阿尔兹海默病是最常见的神经系统退行性疾病，其病程较长且具有不可逆性，“早诊断”、“早干预”是预防阿尔兹海默病的关键。β淀粉样蛋白斑块是阿尔兹海默病早期的主要病理性标志物，其出现通常先于临床症状10年以上，因此目前β淀粉样蛋白斑块已成为阿尔兹海默病早期诊断的主要靶点之一。在以β淀粉样蛋白斑块为标志物的主要诊断方法中，正电子发射断层成像(PET成像)是最早应用的，该方法通过引入带有放射性元素的蛋白斑块配体，实现蛋白斑块追踪及代谢浓度监测，进而反映疾病风险和进展情况。然而因为PET成像以放射性探针为基础，因此该成像方法的应用存在放射性损伤的局限性。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中PET成像检测β淀粉样蛋白存在放射性损伤的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法，包括：
S1、采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片；
S2、采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像，作为注射后图像；所述引入PiB探针的小鼠模型为注射有PiB溶液的小鼠模型；
S3、对模片和注射后图像分别进行后处理；
S4，对比经过后处理的模片与经过后处理的注射后图像，检测β淀粉样蛋白浓度。
优选的，所述S1依次包括：
S11，扫描未干预的小鼠模型的三方位定位像；
S12，扫描冠状位磁共振T2加权图像；
S13，选择T2加权图像中海马最大的层面并校正该层磁场均匀性；
S14，采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片。
优选的，所述S2依次包括：
S21，扫描引入PiB探针的小鼠模型的三方位定位像；
S22，扫描冠状位磁共振T2加权图像；
S23，选择T2加权图像中海马最大的层面并校正该层磁场均匀性；
S24，采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为注射后图像。
优选的，所述S3依次包括：
S31，分别对模片和注射后图像进行处理获得伪彩图，以水的饱和频率为中心，对采集的MR-CEST图像的121幅饱和图像及1幅未饱和图像进行“负-正”对称相减处理，得到MR-CEST序列伪彩图；
S32，分别计算构成模片伪彩图和注射后图像伪彩图的各体素的非对称转移率值CESTR及其均值，CESTR的计算公式如下：
CESTR＝[Msat(-Δω)-Msat(+Δω)]/M0
其中，-Δω和+Δω分别指在水的饱和频率两侧的偏振频率，-Δω＝-5.8ppm，+Δω＝+5.8ppm，Msat(-Δω)和Msat(+Δω)指-Δω和+Δω处的磁化量，M0为未饱和磁化量。
优选的，所述S4具体为：对比模片的CESTR均值与注射后图像的CESTR均值，将差值Δ优选的，所述小鼠模型包括正常小鼠模型和测试小鼠模型，通过对比正常小鼠模型和测试小鼠模型的ΔCESTR，可以判断测试小鼠模型是否异常。
本发明还提供基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测系统，包括：
采集模片模块，用于采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片；
采集注射图像模块，采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像，作为注射后图像；所述引入PiB探针的小鼠模型为注射有PiB溶液的小鼠模型；
后处理模块，用于对模片和注射后图像分别进行后处理；
对比模块，用于对比经过后处理的模片与经过后处理的注射后图像，检测β淀粉样蛋白浓度。
本发明具有如下有益效果：
1、由于PiB与β淀粉样蛋白之间具有较高的亲和力，且放射性标记的PiB在PET方面被公认为AD诊断的“金标准”，通过使用磁共振化学交换饱和转移成像的技术，本发明可以实现无辐射地检测β淀粉样蛋白斑块的浓度，很好地克服PET成像需引入放射性探针而存在的放射性风险问题；
2、由于PiB在PET成像方面具备前期研究基础，具有较好的生物安全性，本发明通过引入该探针，可以更安全地“追踪”蛋白，避免了潜在的生物安全性风险。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明不局限于实施例。
附图说明
图1为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法的步骤图；
图2为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法的S1的详细流程；
图3为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法的S2的详细流程；
图4为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法的S3的详细流程；
图5为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测系统的系统结构图；
图6为本发明实施例的实验图像对照示意图,图6(a)为13月龄组双转基因AD小鼠注射PiB前、注射后30分钟及注射后60分钟的CEST图像；图6(b)为13月龄的C57BL/6J近交系小鼠在注射PiB前、注射后30分钟及注射后60分钟的CEST图像。
具体实施方式
如图1所示，为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法的步骤图，包括：
S1、采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片；
S2、采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像，作为注射后图像；所述引入PiB探针的小鼠模型为注射有PiB溶液的小鼠模型；
S3、对模片和注射后图像分别进行后处理；
S4，对比经过后处理的模片与经过后处理的注射后图像，检测β淀粉样蛋白浓度。
具体的，参见图2所示，本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法的S1的详细流程，包括：
S11，扫描未干预的小鼠模型的三方位定位像；
S12，扫描冠状位磁共振T2加权图像；
S13，选择T2加权图像中海马最大的层面并校正该层磁场均匀性；
S14，采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片。
具体的，参见图3所示，为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法的S2的详细流程，包括：
S21，扫描引入PiB探针的小鼠模型的三方位定位像；
S22，扫描冠状位磁共振T2加权图像；
S23，选择T2加权图像中海马最大的层面并校正该层磁场均匀性；
S24，采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为注射后图像。
具体的，所述S2中，以占总体积20％的DMSO溶液将PiB粉末溶解，再加入80％体积的丙二醇，充分搅拌混匀得到30mmol/L的PiB溶液；维持小鼠模型麻醉状态，以每千克体重4mL的给药量将PiB溶液经腹腔注射，使其进入小鼠模型体内。本实施例在含4％异氟醚的氧气和空气的混合物中将小鼠模型麻醉，实验过程中以2-3％异氟醚浓度维持麻醉，呼吸频率控制在80-100次/分，并且一直提供保暖。
具体的，所述S2在注射PiB溶液后30分钟或60分钟采集注射后图像。
具体的，采用7T-MR动物扫描仪采集小鼠模型的脑部MR-CEST图像，步骤如下：
先进行三方位定位像扫描，参数如下：重复时间(TR)＝20ms，回波时间(TE)＝3.12ms，矩阵范围＝128×128，扫描野大小(FOV)＝25mm×25mm，层数＝3，层厚＝2mm，层间距＝2mm，翻转角(FA)＝20°；
扫描小鼠模型的冠状位T2加权图像，参数如下：TR＝200ms，回波间隔(ESP)＝6.12ms，回波链长度(ETL)＝8，重复次数＝1，矩阵范围＝128×128，FOV＝35mm×35mm，层数＝7，层厚＝1.5mm，层间距＝0.5mm；
选择T2加权图像海马最大的一层图像，校正该层磁场均匀性，扫描B0 map检测磁场均匀性，参数如下：TR＝40ms，FA＝15°，FOV＝20mm×20mm，层数＝1，层厚＝1.5mm；
通过回波序列成像的连续波饱和脉冲序列采集小鼠模型的脑部MR-CEST图像，参数如下：TR＝6000ms，TE＝28.5ms，矩阵＝64×64，FOV＝20mm×20mm，层厚＝1.5mm，FA＝30°；饱和准备:100Gauss脉冲，射频脉冲频率B1＝149Hz；饱和偏移范围为-10ppm到+10ppm，采集图像数＝122，包含121幅饱和图像及1幅未饱和图像，每幅图之间等频率间隔。
具体的，参见图4所示，为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法的S3的详细流程，包括：
S31，分别对模片和注射后图像进行处理获得伪彩图，以水的饱和频率为中心，对采集的MR-CEST图像的121幅饱和图像及1幅未饱和图像进行“负-正”对称相减处理，得到MR-CEST序列伪彩图；
S32，分别计算构成模片伪彩图和注射后图像伪彩图的各体素的非对称转移率值CESTR及其均值，CESTR的计算公式如下：
CESTR＝[Msat(-Δω)-Msat(+Δω)]/M0
其中，-Δω和+Δω分别指在水的饱和频率两侧的偏振频率，-Δω＝-5.8ppm，+Δω＝+5.8ppm，Msat(-Δω)和Msat(+Δω)指-Δω和+Δω处的磁化量，M0为未饱和磁化量。
具体的，所述S3的后处理采用MATLAB程序完成。
具体的，所述S4具体为：对比模片CESTR均值与注射后图像CESTR均值，将差值ΔCESTR作为β淀粉样蛋白浓度的表征值。
具体的，所述小鼠模型包括正常小鼠模型和测试小鼠模型，通过对比正常小鼠模型和测试小鼠模型ΔCESTR，可以判断测试小鼠模型是否异常。本发明实施例采用双转基因AD鼠作为测试小鼠模型，采用年龄匹配的C57BL/6J近交系小鼠作为正常小鼠模型。
参见图5所示，为本发明实施例基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测系统的结构示意图，包括：
采集模片模块1，用于采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片；
采集注射图像模块2，用于采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像，作为注射后图像，所述引入PiB探针的小鼠模型为注射有PiB溶液的小鼠模型；
后处理模块3，用于对模片和注射后图像分别进行后处理；
对比模块4，用于对比经过后处理的模片与经过后处理的注射后图像，检测β淀粉样蛋白浓度。
具体的，所述采集模片模块1和所述采集注射图像模块2的采集流程如下：
S101，扫描小鼠模型的三方位定位像；
S102，扫描冠状位磁共振T2加权图像；
S103，选择T2加权图像中海马最大的层面并校正该层磁场均匀性；
S104，采集小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片。
具体的，所述后处理模块3的工作流程如下：
S201，分别对模片和注射后图像进行处理获得伪彩图，以水的饱和频率为中心，对采集的MR-CEST图像的121幅饱和图像及1幅未饱和图像进行“负-正”对称相减处理，得到MR-CEST序列伪彩图；
S202，分别计算构成模片伪彩图和注射后图像伪彩图的各体素的非对称转移率值CESTR及其均值，CESTR的计算公式如下：
CESTR＝[Msat(-Δω)-Msat(+Δω)]/M0
其中，-Δω和+Δω分别指在水的饱和频率两侧的偏振频率，-Δω＝-5.8ppm，+Δω＝+5.8ppm，Msat(-Δω)和Msat(+Δω)指-Δω和+Δω处的磁化量，M0为未饱和磁化量。
具体的，所述对比模块4的对比过程为：对比模片的CESTR均值与注射后图像的CESTR均值，将差值ΔCESTR作为β淀粉样蛋白浓度的表征值。
参见图6所示，为本发明实施例的实验图像对照示意图，图6(a)为13月龄组双转基因AD小鼠注射PiB前、注射后30分钟及注射后60分钟的CEST图像；图6(b)为13月龄的C57BL/6J近交系小鼠在注射PiB前、注射后30分钟及注射后60分钟的CEST图像。由图可知，双转基因AD小鼠在注射PiB后信号明显增高，且60分钟内存在递增趋势，而C57BL/6J近交系小鼠在注射前后信号未见明显改变。
可见，本发明提出的基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法及系统，采集小鼠模型大脑部位的MR-CEST影像，采用无辐射的PiB标记β淀粉样蛋白斑块，可实现无辐射评估β淀粉样蛋白浓度；再通过软件进行图像后处理，对蛋白沉积情况进行半量化评估，能够高效、安全地检测β淀粉样蛋白浓度。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法，其特征在于，包括：
S1、采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片；
S2、采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像，作为注射后图像；所述引入PiB探针的小鼠模型为注射有PiB溶液的小鼠模型；
S3、对模片和注射后图像分别进行后处理；
S4，对比经过后处理的模片与经过后处理的注射后图像，检测β淀粉样蛋白浓度；
所述S3依次包括：
S31，分别对模片和注射后图像进行处理获得伪彩图，以水的饱和频率为中心，对采集的MR-CEST图像的121幅饱和图像及1幅未饱和图像进行“负-正”对称相减处理，得到MR-CEST序列伪彩图；
S32，分别计算构成模片伪彩图和注射后图像伪彩图的各体素的非对称转移率值CESTR及其均值，CESTR的计算公式如下：
CESTR＝[Msat(-Δω)-Msat(+Δω)]/M0
其中，-Δω和+Δω分别指在水的饱和频率两侧的偏振频率，-Δω＝-5.8ppm，+Δω＝+5.8ppm，Msat(-Δω)和Msat(+Δω)指-Δω和+Δω处的磁化量，M0为未饱和磁化量；
所述S2中，以占总体积20％的DMSO溶液将PiB粉末溶解，再加入80％体积的丙二醇，充分搅拌混匀得到30mmol/L的PiB溶液，注射入小鼠模型体内。
2.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法，其特征在于，所述S1依次包括：
S11，扫描未干预的小鼠模型的三方位定位像；
S12，扫描冠状位磁共振T2加权图像；
S13，选择T2加权图像中海马最大的层面并校正该层磁场均匀性；
S14，采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片。
3.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法，其特征在于，所述S2依次包括：
S21，扫描引入PiB探针的小鼠模型的三方位定位像；
S22，扫描冠状位磁共振T2加权图像；
S23，选择T2加权图像中海马最大的层面并校正该层磁场均匀性；
S24，采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为注射后图像。
4.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法，其特征在于，所述S4具体为：对比模片的CESTR均值与注射后图像的CESTR均值，将差值ΔCESTR作为β淀粉样蛋白浓度的表征值。
5.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测方法，其特征在于，所述小鼠模型包括正常小鼠模型和测试小鼠模型，通过对比正常小鼠模型和测试小鼠模型的ΔCESTR，可以判断测试小鼠模型是否异常。
6.基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测系统，其特征在于，包括：
采集模片模块，用于采集未干预的小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片；
采集注射图像模块，采集引入PiB探针的小鼠模型的脑部MR-CEST图像，作为注射后图像；所述引入PiB探针的小鼠模型为注射有PiB溶液的小鼠模型；
后处理模块，用于对模片和注射后图像分别进行后处理；
对比模块，用于对比经过后处理的模片与经过后处理的注射后图像，检测β淀粉样蛋白浓度；
所述后处理模块的工作流程如下：
S201，分别对模片和注射后图像进行处理获得伪彩图，以水的饱和频率为中心，对采集的MR-CEST图像的121幅饱和图像及1幅未饱和图像进行“负-正”对称相减处理，得到MR-CEST序列伪彩图；
S202，分别计算构成模片伪彩图和注射后图像伪彩图的各体素的非对称转移率值CESTR及其均值，CESTR的计算公式如下：
CESTR＝[Msat(-Δω)-Msat(+Δω)]/M0
其中，-Δω和+Δω分别指在水的饱和频率两侧的偏振频率，-Δω＝-5.8ppm，+Δω＝+5.8ppm，Msat(-Δω)和Msat(+Δω)指-Δω和+Δω处的磁化量，M0为未饱和磁化量；
所述S2中，以占总体积20％的DMSO溶液将PiB粉末溶解，再加入80％体积的丙二醇，充分搅拌混匀得到30mmol/L的PiB溶液，注射入小鼠模型体内。
7.根据权利要求6所述的基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测系统，其特征在于，所述采集模片模块和所述采集注射图像模块的采集流程如下：
S101，扫描小鼠模型的三方位定位像；
S102，扫描冠状位磁共振T2加权图像；
S103，选择T2加权图像中海马最大的层面并校正该层磁场均匀性；
S104，采集小鼠模型的脑部MR-CEST图像作为模片。
8.根据权利要求6所述的基于磁共振成像的β淀粉样蛋白浓度检测系统，其特征在于，所述对比模块的对比过程为：对比模片的CESTR均值与注射后图像的CESTR均值，将差值ΔCESTR作为β淀粉样蛋白浓度的表征值。
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