本发明属于脂肪成分成像，尤其是涉及了一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法。
背景技术：
1、生物体器官内异位脂肪沉积通常与代谢类疾病相关脂肪成分比含量提供了更多信息。现有的脂肪成分测量金标准——活检技术具有侵入性。单体素磁共振波谱作为一种常用的在体脂肪成分测量技术，具有扫描区域受限，分辨率低等弱点，容易忽视体素外的病灶信息。现有的磁共振水脂分离化学位移成像技术通过后处理计算也能实现在体脂肪成分测量，但是其无法用于水脂混合器官，只适用于纯脂肪组织，且对于不饱和脂肪的测量准确性与鲁棒性较差。
2、平面回波波谱成像技术作为一种快速磁共振波谱成像技术，可以同时提供结构与分子影像信息，相对于传统的单体素波谱与多体素波谱技术具有高分辨率的特点。针对传统脂质定量方法的局限性，平面回波波谱成像成为一种有前景的替代方法。尽管平面回波波谱成像已广泛应用于研究脑代谢物，但其在腹部或其他身体部位成像的潜力尚未得到很好的探索。目前，几乎没有研究将平面回波波谱成像应用于生物体躯干的脂质成分研究，例如腹部、大腿等。在体扫描中，由于仪器不稳定(如磁铁振动、b0场漂移)和生理活动(如呼吸运动、移动)引起的随机频率漂移，导致大量存在的脂肪组织可能引起严重的脂质混叠伪影，阻碍了平面回波波谱成像对于在体脂肪成分定量的应用。由于生物体大部分器官都是水脂混合物，因此发明能够在短时间内采集的磁共振在体脂肪成分高分辨率成像技术具有重要意义，现有技术中缺少一种能在较短时间获取在体脂肪成分的成像技术。
技术实现思路
1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，本发明采用脂肪选择性波谱成像序列以及相应的信号重建与脂质成分处理方法，提供不同脂肪成分的在体高分辨率扫描影像。
2、本发明所采用的技术方案如下，包括以下步骤：
3、s1、首先，构建脂肪选择性波谱成像序列和水参考波谱成像序列，利用脂肪选择性波谱成像序列和水参考波谱成像序列分别采集在体脂肪信号以及水信号的六维数据；
4、s2、然后，对在体脂肪信号的六维数据依次进行回波列翻转、滤波处理，并对六维数据中的平面回波奇偶回波进行合并，获得在体脂肪信号的五维数据，再对五维数据的部分维度进行傅里叶变换、线圈通道合并，获得在体脂肪信号的四维数据，并将在体脂肪信号的四维数据作为原始脂肪成分图谱；
5、s3、对原始脂肪成分高分辨率图谱进行处理，获得脂肪信号不同脂肪成分的相对浓度图、链长因子图、不饱和指数图和多不饱和指数图。
6、所述s1具体步骤为：
7、s1.1、首先采集生物体实时的水信号，并将实时的水信号频率调整为4.7ppm；
8、s1.2、定义并构建脂肪选择性波谱成像序列，所述的脂肪选择性波谱成像序列主要由一个破坏梯度、搭配选层梯度场的90°激发脉冲、三个破坏梯度、第一180°脂肪选择性绝热脉冲，两个破坏梯度、第二180°脂肪选择性绝热脉冲、三个破坏梯度、搭配相位编码梯度的平面回波读出梯度和三个破坏梯度按照时间先后顺序依次排列构成；
9、s1.3、定义并构建水参考波谱成像序列，所述的水参考波谱成像序列主要由一个破坏梯度、搭配选层梯度场的小角度激发脉冲、选层重聚梯度、平面回波读出梯度和三个破坏梯度按照时间先后顺序依次排列构成；
10、具体地，在生物体坐标系中，将生物体从头到脚的方向定义为生物体的z轴方向，生物体从腹部到背部的方向定义为生物体的y轴方向，垂直于yz平面方向定义为x轴，脂肪选择性波谱成像序列包含五个维度，分别为射频脉冲、z轴梯度、x轴梯度、y轴梯度和信号采集维度；
11、在射频脉冲维度上，脂肪选择性波谱成像序列主要由90°激发脉冲、第一180°脂肪选择性绝热脉冲和第二180°脂肪选择性绝热脉冲按照时间顺序依次排列构成；在z轴梯度上，脂肪选择性波谱成像序列主要由破坏梯度1、选层梯度场、破坏梯度2、破坏梯度4、破坏梯度3和破坏梯度6按照时间顺序依次排列构成；在x轴梯度上，脂肪选择性波谱成像序列主要由破坏梯度3、破坏梯度4、破坏梯度3、平面回波读出梯度和破坏梯度6按照时间顺序依次排列构成；在y轴梯度上，脂肪选择性波谱成像序列主要由破坏梯度3、破坏梯度5、相位编码梯度、破坏梯度6按照时间顺序依次排列构成；在信号采集维度上，脂肪选择性波谱成像序列主要由平面回波信号采集-脂肪信号构成；
12、在射频脉冲维度上，水参考波谱成像序列主要由小角度激发脉冲构成(激发脉冲的角度为5度到30度)；在z轴梯度上，水参考波谱成像序列主要由破坏梯度1、选层梯度场、选层重聚梯度和破坏梯度6按照时间顺序依次排列构成；在x轴梯度上，水参考波谱成像序列主要由平面回波读出梯度和破坏梯度6按照时间顺序依次排列构成；在y轴梯度上，水参考波谱成像序列主要由破坏梯度6按照时间顺序依次排列构成；在信号采集维度上，水参考波谱成像序列主要由平面回波信号采集-水信号构成；
13、破坏梯度2的面积值＝破坏梯度3的面积值-选层重聚梯度的面积值；破坏梯度5的面积值＝破坏梯度3的面积值，但破坏梯度5和破坏梯度3沿y轴梯度的梯度方向相反；破坏梯度4的面积值＝破坏梯度3的面积值×2；
14、定义90°激发脉冲幅度最大点到第一180°脂肪选择性绝热脉冲的幅度最大点的时间距离为ta，定义第二180°脂肪选择性绝热脉冲的幅度最大点到平面回波读出梯度的第二个平台的中点时间距离为tb，则第一180°脂肪选择性绝热脉冲的幅度最大点到第二180°脂肪选择性绝热脉冲的幅度最大点的时间距离为(ta+tb)；
15、s1.4、接着，利用脂肪选择性波谱成像序列和水参考波谱成像序列分别采集在体脂肪信号和在体水信号，并通过多层交叉采集得到在体脂肪信号的六维数据，以及在体水信号的六维数据；
16、s1.5、根据在体水信号的六维数据获取在体水信号的频率漂移量，利用在体水信号的频率漂移量对在体脂肪信号的频率漂移量进行校正，并获取校正完成后的在体脂肪信号的六维数据。
17、所述的六维数据包括层数nz、k空间频率编码数量nkx、k空间相位编码数量nky、时域采样点数量nt、平面回波奇偶回波和线圈通道数量nc；
18、所述的平面回波奇偶回波主要由奇数回波列和偶数回波列组成。
19、平面回波奇偶回波的编码为2，奇数回波列为平面回波奇偶回波编码＝1时所对应的数据，偶数回波列为平面回波奇偶回波编码＝2时所对应的数据。
20、所述s1.2中，第一180°脂肪选择性绝热脉冲和第二180°脂肪选择性绝热脉冲的工作模式具体设定为：
21、调整所述脂肪选择性绝热脉冲的中心频率与带宽，使得脂肪选择性绝热脉冲的频率带宽包含化学位移从0ppm至3.5ppm范围内的脂肪质子，且不包含化学位移为4.7ppm的水质子，因此，脂肪选择性绝热脉冲选择的频率带宽范围内的质子信号最后重聚，而使选择的频率带宽范围外的质子信号散相；所述脂肪选择性绝热脉冲的中心频率范围为1ppm～2.5ppm。
22、所述的频率带宽指的是在中心频率下的带宽。
23、所述180°脂肪选择性绝热脉冲的脉冲幅度大于满足绝热条件所需的临界脉冲幅度。即第一180°脂肪选择性绝热脉冲和第二180°脂肪选择性绝热脉冲的脉冲幅度满足待扫描部位的绝热条件。
24、所述s1.2和s1.3中，破坏梯度的工作模式具体设定为：破坏梯度的持续时间和幅度需经过调试以消除最终成像中的伪影。
25、所述s1.4中，多层交叉采集的具体设定为：在采集当前人体轴向切片axial slice后，z轴由于序列的重复时间tr较长，回波时间te较短，因此可以在同一个重复时间内进行多层采集。
26、首先，将k空间频率编码方向所在的轴定义为kx轴，k空间相位编码方向所在的轴定义为ky轴，采样时间轴定义为t轴，图像横轴定义为x轴，图像纵轴定义为y轴，波谱采样点数量nw所在的轴定义为波谱采样点数量轴(简称波谱轴)。
27、所述s2具体步骤为：
28、s2.1、回波列翻转：将六维数据中的偶数回波列沿kx轴翻转，翻转后替换原来的偶数回波列，并更新平面回波奇偶回波；
29、s2.2、滤波处理：将更新后的平面回波奇偶回波数据沿t轴乘一个时域滤波器，得到一组时域滤波数据；时域滤波器采用沿采样时间轴幅度逐渐降低的滤波器，例如高斯滤波器，以降低随采集时间延长的磁场非均匀性引起的图像空间扭曲问题；将时域滤波数据沿kx轴和ky轴乘一个二维k空间低通滤波器，得到一组空间滤波数据；二维k空间低通滤波器可采用汉宁滤波器，以降低点扩散函数导致的体素和周围体素的串扰问题。
30、s2.3、化学位移、相位与基线校正：提取空间滤波数据中奇数回波列和偶数回波列的五维数据，根据五维数据分别对空间滤波数据中的奇数回波列和偶数回波列依次进行一阶相位校正、化学位移校正、零阶相位空间对齐和基线校正，以得到新的奇数回波列和偶数回波列；
31、s2.4、奇偶回波合并：将新的奇数回波列和偶数回波列按照时间顺序进行合并，合并后得到在体脂肪信号的五维数据，即在体脂肪信号六维数据中的平面回波奇偶回波这一维度消失，由原先的六维变成五维。
32、所述s2.4中，在体脂肪信号的五维数据包括层数nz、k空间频率编码数量nkx、k空间相位编码数量nky、时域采样点数量nt和线圈通道数量nc；
33、s2.5、三维傅里叶变换：将在体脂肪信号的五维数据沿kx轴、ky轴、t轴进行三个维度的傅里叶变换，获得在体脂肪信号最终的五维数据；
34、所述s2.5中，在体脂肪信号最终的五维数据包括层数nz、图像横轴采样点数量nx、图像纵轴采样点数量ny、波谱采样点数量nw和线圈通道数量nc。
35、s2.6、线圈通道合并：将在体脂肪信号最终的五维数据在线圈通道的维度上进行加权平均以进行合并线圈通道，合并后得到在体脂肪信号的四维数据，即在体脂肪信号五维数据中的线圈通道数量nc这一维度消失，由原先的五维变成四维，并将在体脂肪信号的四维数据作为原始脂肪成分高分辨率图谱。
36、所述s2.6中，在体脂肪信号的四维数据包括层数nz、图像横轴采样点数量nx、图像纵轴采样点数量ny和波谱采样点数量nw。
37、所述的s3具体步骤为：
38、s3.1、首先，提取原始脂肪成分高分辨率图谱中各个像素点的不同脂肪成分的脂肪质子信号幅度，并将脂肪质子的信号幅度作为该脂肪质子的相对浓度，根据各个像素点的不同脂肪成分的脂肪质子相对浓度，进而获得在体脂肪信号不同脂肪成分的相对浓度图；
39、s3.2、根据不同脂肪质子的相对浓度，获得各个像素点的不同脂肪成分的脂肪质子之间的相对浓度比值，所述的相对浓度比值包括链长因子cf、不饱和指数cb和多不饱和指数cd，相对浓度比值按照以下公式处理得到：
40、cf＝s亚甲基/s甲基
41、cb＝s烯丙基/s亚甲基
42、cd＝s二烯丙基/s亚甲基
43、其中，s甲基为甲基质子的信号幅度，s亚甲基为亚甲基质子的信号幅度，s烯丙基为烯丙基质子的信号幅度，s二烯丙基为二烯丙基质子的信号幅度；
44、接着，根据各个像素点的链长因子、不饱和指数和多不饱和指数分别构建在体脂肪信号的链长因子图、不饱和指数图和多不饱和指数图。
45、对原始脂肪成分高分辨率图谱每个像素点均提取不同脂肪成分的脂肪质子信号幅度，获得不同脂肪成分的脂肪质子的相对浓度图；对每个像素点提取脂肪质子的相对浓度比值，获得链长因子图、不饱和指数图、以及多不饱和指数图。
46、所述的脂肪质子包括甲基质子、亚甲基质子、烯丙基质子、α羧基质子和二烯丙基质子。
47、脂肪质子的信号幅度包括甲基质子的信号幅度s甲基，亚甲基质子的信号幅度s亚甲基，烯丙基质子的信号幅度s烯丙基，α羧基质子的信号幅度sα羧基，以及二烯丙基质子的信号幅度s二烯丙基。
48、根据人体不同部位的测量需求，可以选择性地采用辅助测量控制器结合磁共振测量设备来精确地进行测量。这些辅助测量控制器的使用主要是用来控制磁共振采集的时机，以确保数据的准确性。具体来说，当测量皮下脂肪和肌肉这些相对静态的器官时，不需要额外的辅助测量控制器。然而，在测量如腹部脂肪以及肝、脾、胰、肾等受呼吸影响较大的腹部器官时，会使用呼吸门控系统作为辅助测量控制器，以确保数据采集与呼吸周期相匹配。此外，对于心脏脂肪的测量，由于心脏跳动的动态特性，会选择心电门控作为辅助测量控制器，这样可以在心电图信号的指导下，更准确地捕捉心脏脂肪的质子信号。
49、本发明方法通过特定的信号采集、重建和处理模块，实现了对在体脂肪成分的高分辨率快速成像。第一步，通过信号采集模块，利用磁共振脂肪选择性波谱成像序列，采集在体脂肪信号和水参考信号的六维数据。第二步，信号重建模块对采集到的在体脂肪信号进行一系列处理，最终重建获得在体脂肪信号的四维数据，即原始脂肪成分高分辨率图谱。第三步，脂肪成分处理模块对原始图谱进行处理，提取不同脂肪成分的相对浓度，以及各种脂肪质子的相对浓度比值，如链长因子、不饱和指数和多不饱和指数，从而生成相应的图像。本发明为在体脂肪成分的分析和研究提供了新的平面回波波谱成像方法，能够在短时间内采集不同脂肪成分的分子影像，有利于对各个器官进行分子水平研究，全面发掘不同疾病中脂肪分子代谢路径与发病机制之间的联系。
50、本发明通过构建一种脂肪选择性波谱成像序列以及相应的数据处理方法，以提供不同脂肪成分的在体高分辨率扫描影像。本发明能够在短时间内采集不同脂肪成分的分子影像，并获得脂肪信号不同成分的相对浓度图谱，链长因子图，不饱和指数图和多不饱和指数图，有利于对各个器官进行分子水平研究，全面发掘不同疾病中脂肪分子代谢路径与发病机制之间的联系。
51、与现有技术相比，本发明的有益效果为：：
52、1、本发明采用了一种非侵入性测量人体脂肪成分的方法，结合了快速波谱成像方法的优势，不仅拥有波谱的精准性，还兼具成像的直观性。该方法突破了传统单体素波谱技术的低分辨率限制，实现了高分辨率且采集时间的大幅缩短，为临床诊断和治疗提供了更为准确和高效的数据支持。
53、2、本发明在水脂分离化学位移成像方法上取得了重要突破。通过设置的选择性绝热脉冲，精准地选中脂肪信号，有效排除了水信号的干扰。这一创新使得方法在水脂混合部位的应用成为可能，对于存在异位脂肪的器官如肝脏、胰腺、骨骼肌等的检测具有极高的实用价值。
54、3、作为波谱成像方法的一种，本发明能够清晰辨认不同化学位移和不同空间位置的脂肪峰，从而能够更精确地测量各种脂肪成分的浓度，为医学研究和临床实践提供了更为详尽的信息。
55、4、本发明通过不仅能有效监测了生物活体的呼吸运动，还实时调整了系统的中心频率，并通过采集的水参考信号进行后重建校正频率漂移，最大限度地减少了仪器不稳定和生理活动引起的磁共振图像混叠伪影，显著提升了图像的清晰度和准确性。
1.一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，其特征在于：所述s1具体步骤为：
3.根据权利要求1所述的一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，其特征在于：所述的六维数据包括层数nz、k空间频率编码数量nkx、k空间相位编码数量nky、时域采样点数量nt、平面回波奇偶回波和线圈通道数量nc；
4.根据权利要求2所述的一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，其特征在于：所述s1.2中，第一180°脂肪选择性绝热脉冲和第二180°脂肪选择性绝热脉冲的工作模式具体设定为：
5.根据权利要求2所述的一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，其特征在于：所述180°脂肪选择性绝热脉冲的脉冲幅度大于满足绝热条件所需的临界脉冲幅度。
6.根据权利要求1所述的一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，其特征在于：所述s2具体步骤为：
7.根据权利要求1所述的一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，其特征在于：所述的s3具体步骤为：
8.根据权利要求7所述的一种磁共振在体脂肪成分的平面回波波谱成像方法，其特征在于：所述的脂肪质子包括甲基质子、亚甲基质子、烯丙基质子、α羧基质子和二烯丙基质子。
9.一种电子设备，其特征在于：包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成执行权利要求1-8任一项所述方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-8中任一项所述的方法的步骤。
