CN103284722B - 一种永磁mri***的测温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁MRI***的测温方法，首先对翻转角值进行校准，然后对自旋晶格弛豫时间和温度之间的系数进行校准，再通过数据采集、数据重建和相位校准后，得到两组质子共振频率方法测温结果，再得到一组自旋晶格弛豫时间方法测温结果，最后将质子共振频率方法测温结果和自旋晶格弛豫时间方法测温结果进行混合平均，得到最终的测温结果。本发明应用于永磁MRI***上测温过程中，可以有效的提高测温准确度和测温的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁MRI***的测温方法。
背景技术
核磁共振成像仪(以下简称MRI)是目前应用最广泛的无接触成像医疗设备之一，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息主要应用于临床人体内部成像诊断。
MRI测温技术是一种无创的测温技术，在肿瘤的热疗中应用越来越广泛。其主要方法包括质子共振频率(proton resonance frequency，以下简称PRF)、自旋晶格弛豫时间(以下简称T1、水分子扩散系数、MR波谱等，PRF方法是利用温度和图像相位的关系实现组织的测温，是当前最常用的MRI测温方法。
PRF方法的温度敏感系数与主磁场强度成正比，场强越高其测温精度越高，因此PRF测温方法适用于高场超导MRI***。而T1测温方法主要依赖图像的幅度信息进行T1参数估计，但是在T1值测量的过程中受很多因素的影响，比如B1场的不均匀性以及T1值对组织的特性的依赖性，使得对T1值的测量带来误差，最终导致在测温上产生误差。虽然超导***具有成像质量高、速度快等优点，但存在生产和维护成本高、开放度有限等问题，而永磁MRI成像***开放性好，便于医生实施介入手术操作，而且生产和维护成本较低，但永磁MRI***中的主磁场漂移较严重，使得PRF方法的测温误差较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种永磁MRI***的测温方法，该方法能对永磁MRI***实现准确和稳定的测温。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种永磁MRI***的测温方法，其特征在于：包括
步骤1、对翻转角值进行校准，由于B1场的不均匀性，导致实际的翻转角与我们设定的翻转角不一致，就会导致计算的自旋晶格弛豫时间值存在误差，因此需要对翻转角进行校正，翻转角值校准的过程如下：
(1-1)、在常温条件下，将检测体模放入MRI扫描仪中扫描，扫描采用扰相梯度回波序列，扫描参数：TR＝50～100ms，TE＝5～15ms，Matrix＝128×128或256×128，FOV＝200mm×200mm到240mm×240mm之间，将检测体模翻转角的设定值从10°到75°每间隔n°，n为3～10之间的整数扫描一次，每扫描一次就采集一次K空间数据，将每次采集获得的K空间数据均进行傅里叶变换，重建出60/n幅幅度图像，在这60/n幅幅度图像中均选取一个感兴趣区域，取该感兴趣区域像素点的灰度平均值，n为3～10之间的自然数；
(1-2)、在同一台MRI设备上重复步骤(1-1)m次，m为3～10之间的自然数，在同一翻转角下将m次取得的感兴趣区域像素点的灰度平均值用双翻转角的方法计算出实际的翻转角值；
(1-3)、用多项式拟合出实际的翻转角值和设定的翻转角值之间的关系曲线，将该曲线用于后续步骤中的翻转角值校准曲线；
步骤2、对自旋晶格弛豫时间和温度之间的系数进行校准，由于自旋晶格弛豫时间跟温度的敏感度系数在不同的组织下是不相同的，所以需要校正这个系数；具体过程如下：
(2-1)、将检测体模放在水浴中加热到60～70℃之间，然后再放入到MRI扫描仪中做降温扫描，采用精度为0.1℃～1℃的温度计测量检测体模的温度，扫描采用扰相梯度回波序列，扫描参数：TR＝50～100ms，TE＝5～15ms，Matrix＝128×128或256×128，FOV＝200mm×200mm到240mm×240mm之间，FA1＝30°～50°之间，FA2＝60°～80°之间，Slicenumber＝1～2，温度每下降1℃或2℃采集一次K空间数据，直到温度下降到36℃采集最后一次K空间数据；
(2-2)、将采集获得的K空间数据进行傅里叶变换，重建出幅度图像，在每一幅幅度图像中均选取温度计附近10×10或5×5的感兴趣区域，取该感兴趣区域像素点的灰度平均值，通过变化的翻转角方法计算出每一个采集温度值下对应的自旋晶格弛豫时间值；
(2-3)、通过线性拟合出自旋晶格弛豫时间和温度之间的关系曲线，计算出自旋晶格弛豫时间的温度敏感度系数，自旋晶格弛豫时间的温度敏感度系数即为拟合后的自旋晶格弛豫时间－温度曲线的斜率；
步骤3、数据采集：在步骤(2-1)温度每下降1℃或2℃就采集一次K空间数据这一过程，记录此时的温度计读数，当温度降到36℃时，采集最后一次数据，由于采用FA1和FA2这两个不同的翻转角值同时采集数据，所以可以得到两组数据；
步骤4、数据重建：对于步骤3采集的K空间数据进行傅里叶变换，分别重建出两组幅度图像和相位图像；
步骤5、相位校准：将x个恒温体模与检测体模同时放入到MRI扫描仪中做降温扫描，并采集K空间数据，x个恒温体模在做降温扫描过程中温度始终保持不变，x取3～6之间的自然数；在每一个温度采集点，利用前述x个恒温体模受主磁场漂移所引起的相位变化量，用一阶多项式的方法拟合出检测体模受主磁场漂移引起的相位变化量；然后在每一个温度采集点，用检测体模的相位减去拟合的检测体模受主磁场漂移引起的相位变化量就可以得到检测体模受温度引起的相位变化，继而得到检测体模相位变化和温度之间的对应关系；
步骤6、质子共振频率方法测温：
在步骤4得到的两组相位图像的任意一组相位图像中，选定第一幅相位图像作为参考图像，并将此时的温度作为参考温度，然后利用相邻相位图像计算出相位的变化，通过步骤5得到的检测体模相位变化和温度之间的对应关系进而将相位变化转化为温度变化值，将该温度变化值加上参考温度就是质子共振频率方法测量的温度，实现质子共振频率方法的测温，由于采用FA1和FA2这两个不同的翻转角值同时采集的两组数据，因此可以得到两组质子共振频率方法测温结果；
步骤7、自旋晶格弛豫时间方法测温：
在步骤4得到的两组幅度图像的任意一组幅度图像中，选定第一个温度点的幅度图像作为参考图像，并将此时的温度作为参考温度，利用两个在同一温度点不同翻转角值的幅度图像通过变化的翻转角方法计算出自旋晶格弛豫时间，然后利用相邻自旋晶格弛豫时间的变化通过自旋晶格弛豫时间的温度敏感度系数转化为温度的变化，自旋晶格弛豫时间的温度敏感度系数在步骤2中已经得出，再加上参考温度就是自旋晶格弛豫时间方法测量的温度；
步骤8、混合PRF/T1平均方法测温：将质子共振频率方法测的两组温度结果和自旋晶格弛豫时间方法测得的一组温度结果求和取均值，作为最终的温度结果。
作为改进，上述x为4，4个恒温体模分别放在MRI扫描仪的四个边角，检测体模放置在MRI扫描仪正中部。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的方法能对永磁MRI***实现准确和稳定的测温。
附图说明
图1为本发明实施例中永磁MRI***的测温方法流程图；
图2为本发明实施例中翻转角的校准曲线；
图3为本发明实施例中T1和温度之间的校准曲线；
图4为本发明实施例中不同方法的测温结果曲线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提供的永磁MRI***的测温方法，包括以下八个步骤，参见图1所示，具体如下：
步骤1、对翻转角值(以下简称FA值)进行校准，FA值校准的过程如下：
(1-1)、在常温条件下，将检测体模放入MRI扫描仪中扫描，扫描采用扰相梯度回波序列(以下简称spoiled GRE序列)，扫描参数TR/TE＝50/5ms，FOV＝230×230mm2，Matrix＝128×128，将检测体模翻转角的设定值从10°到75°每间隔5°扫描一次，每扫描一次就采集一次K空间数据，将每次采集获得的K空间数据均进行傅里叶变换，重建出14幅幅度图像，在这14幅幅度图像中均选取一个感兴趣区域，取该感兴趣区域像素点的灰度平均值；
(1-2)、在同一台MRI设备上重复步骤(1-1)5次，在同一翻转角下将5次取得的感兴趣区域像素点的灰度平均值用双翻转角的方法计算出实际的FA值，双翻转角简称double FA(英文全称：double flip angle)，双翻转角方法是本领域常规方法；
(1-3)、用多项式拟合出实际的FA值和设定的FA值之间的关系曲线，参见图2所示，将该曲线用于后续步骤中的FA值校准曲线；
步骤2、对自旋晶格弛豫时间(以下简称T1)和温度之间的系数进行校准，具体过程如下：
(2-1)、将检测体模放在水浴中加热到65℃，然后再放入到MRI扫描仪中做降温扫描，采用精度为0.5℃的酒精玻璃温度计测量检测体模的温度，扫描采用spoiled GRE序列，扫描参数TR/TE＝50/5ms，FOV＝230×230mm2，FA1/FA2＝40°/75°，Matrix＝128×128，Slice number＝1，温度每下降1℃采集一次K空间数据，直到温度下降到36℃采集最后一次K空间数据；
(2-2)、将采集获得的K空间数据进行傅里叶变换，重建出幅度图像，在每一幅幅度图像中均选取温度计附近10×10的感兴趣区域，取该感兴趣区域像素的灰度平均值，通过变化的翻转角方法计算出每一个采集温度值下对应的T1值，变化的翻转角方法简称VFA方法，英文全称variable flip angle，是常规方法；
(2-3)、通过线性拟合出T1和温度之间的关系曲线，参见图3所示，计算出T1的温度敏感度系数，T1的温度敏感度系数即为拟合后的T1－温度曲线的斜率；
步骤3、数据采集：在步骤(2-1)温度每下降1℃就采集一次K空间数据这一过程，记录此时的温度计读数，当温度降到36℃时，采集最后一次数据，由于采用FA1＝40°、FA2＝75°这两个不同的FA值同时采集数据，所以可以得到两组数据；
步骤4、数据重建：对于步骤3采集的K空间数据进行傅里叶变换，分别重建出两组幅度图像和相位图像；
步骤5、相位校准：将4个恒温体模与检测体模同时放入到MRI扫描仪中做降温扫描，4个恒温体模在做降温扫描过程中温度始终保持不变，例如保持室温23℃不变，4个恒温体模放在MRI扫描仪四个角，而检测体模放置在MRI扫描仪正中间；在每一个温度采集点，利用前述四个恒温体模受主磁场漂移所引起的相位变化量，用一阶多项式的方法拟合出检测体模受主磁场漂移引起的相位变化量；然后在每一个温度采集点，用检测体模的相位减去拟合的检测体模受主磁场漂移引起的相位变化量就可以得到检测体模受温度引起的相位变化，继而得到检测体模相位变化和温度之间的对应关系；
步骤6、质子共振频率(proton resonance frequency，以下简称PRF)方法测温：
在步骤4得到的两组相位图像的任意一组相位图像中，选定第一幅相位图像作为参考图像，并将此时的温度作为参考温度，然后利用相邻相位图像计算出相位的变化，通过步骤5得到的检测体模相位变化和温度之间的对应关系进而将相位变化转化为温度变化值，将该温度变化值加上参考温度就是PRF测量的温度，实现PRF方法的测温，由于采用FA1＝40°、FA2＝75°这两个不同的FA值同时采集的两组数据，因此可以得到两组PRF方法测温结果；
步骤7、T1方法测温：在步骤4得到的两组幅度图像的任意一组幅度图像中，选定第一个温度点的幅度图像作为参考图像，并将此时的温度作为参考温度，利用两个在同一温度点不同FA值的幅度图像通过VFA方法计算出T1值，然后利用相邻T1值的变化通过T1的温度敏感度系数转化为温度的变化，T1的温度敏感度系数在步骤2中已经得出，再加上参考温度就是T1方法测量的温度；
步骤8、混合PRF/T1平均方法测温：将PRF方法测的两组温度结果和T1方法测得的温度结果求和取均值，作为最终的温度结果。
为了评价本发明涉及的混合PRF/T1平均方法和传统的PRF、T1方法的测温准确度和测温稳定性，使用琼脂凝胶仿真的肝脏体模在永磁0.3T MRI***上做降温实验。将体模放在水浴中加热到65℃，然后放入MRI扫描仪中，由于MRI兼容性的要求，采用精度为0.5℃的酒精玻璃温度计测量体模的温度，在加热体模四周放置4个已在屏蔽房静置3小时以上(温度与屏蔽房温度相同)的用于磁场漂移校正的小的琼脂凝胶，扫描采用spoiled GRE序列，扫描参数如下TR/TE＝50/5ms，FOV＝230×230mm2，FA1/FA2＝40°/75°，Matrix＝128×128，Slice number＝1，然后温度每降低1℃采集一次MRI数据，并记录此时的温度计读数。当温度降到36℃时，采集最后一次数据。然后分别提取采集的数据的相位值和幅值信息，对于相位值采用相邻参考相位的方式处理，并将其转化为温度实现PRF方法的测温，由于采用两个不同的FA得到两组数据，所以可以得到两个PRF方法的测温结果。对于幅值信息利用VFA方法计算T1值，然后转化为温度实现T1方法的测温。最后将两种方法的测温结果混合平均作为最后的测温结果，参见图4所示。
Claims (2)
1.一种永磁MRI***的测温方法，其特征在于：包括
步骤1、对翻转角值进行校准，翻转角值校准的过程如下：
(1-1)、在常温条件下，将检测体模放入MRI扫描仪中扫描，扫描采用扰相梯度回波序列，扫描参数：TR＝50～100ms，TE＝5～15ms，Matrix＝128×128或256×128，FOV＝200mm×200mm到240mm×240mm之间，将检测体模翻转角的设定值从10°到75°每间隔n°扫描一次，每扫描一次就采集一次K空间数据，将每次采集获得的K空间数据均进行傅里叶变换，重建出60/n幅幅度图像，在这60/n幅幅度图像中均选取一个感兴趣区域，取该感兴趣区域像素点的灰度平均值，n为3～10之间的自然数；
(1-2)、在同一台MRI设备上重复步骤(1-1)m次，m为3～10之间的自然数，在同一翻转角下将m次取得的感兴趣区域像素点的灰度平均值用双翻转角的方法计算出实际的翻转角值；
(1-3)、用多项式拟合出实际的翻转角值和设定的翻转角值之间的关系曲线，将该曲线用于后续步骤中的翻转角值校准曲线；
步骤2、对自旋晶格弛豫时间和温度之间的系数进行校准，具体过程如下：
(2-1)、将检测体模放在水浴中加热到60～70℃，然后再放入到MRI扫描仪中做降温扫描，采用精度为0.1℃～1℃的温度计测量检测体模的温度，扫描采用扰相梯度回波序列，扫描参数：TR＝50～100ms，TE＝5～15ms，Matrix＝128×128或256×128，FOV＝200mm×200mm到240mm×240mm之间，FA1＝30°～50°之间，FA2＝60°～80°之间，Slicenumber＝1～2，温度每下降1℃或2℃采集一次K空间数据，直到温度下降到36℃采集最后一次K空间数据；
(2-2)、将采集获得的K空间数据进行傅里叶变换，重建出幅度图像，在每一幅幅度图像中均选取温度计附近10×10或5×5的感兴趣区域，取该感兴趣区域像素点的灰度平均值，通过变化的翻转角方法计算出每一个采集温度值下对应的自旋晶格弛豫时间值；
(2-3)、通过线性拟合出自旋晶格弛豫时间和温度之间的关系曲线，计算出自旋晶格弛豫时间的温度敏感度系数，自旋晶格弛豫时间的温度敏感度系数即为拟合后的自旋晶格弛豫时间－温度曲线的斜率；
步骤3、数据采集：在步骤(2-1)温度每下降1℃或2℃就采集一次K空间数据这一过程，记录此时的温度计读数，当温度降到36℃时，采集最后一次数据，由于采用FA1和FA2这两个不同的翻转角值同时采集数据，所以可以得到两组数据；
步骤4、数据重建：对于步骤3采集的K空间数据进行傅里叶变换，分别重建出两组幅度图像和相位图像；
步骤5、相位校准：将x个恒温体模与检测体模同时放入到MRI扫描仪中做降温扫描，并采集K空间数据，x个恒温体模在做降温扫描过程中温度始终保持不变，x取3～6之间的自然数；在每一个温度采集点，利用前述x个恒温体模受主磁场漂移所引起的相位变化量，用一阶多项式的方法拟合出检测体模受主磁场漂移引起的相位变化量；然后在每一个温度采集点，用检测体模的相位减去拟合的检测体模受主磁场漂移引起的相位变化量就可以得到检测体模受温度引起的相位变化，继而得到检测体模相位变化和温度之间的对应关系；
步骤6、质子共振频率方法测温：
在步骤4得到的两组相位图像的任意一组相位图像中，选定第一幅相位图像作为参考图像，并将此时的温度作为参考温度，然后利用相邻相位图像计算出相位的变化，通过步骤5得到的检测体模相位变化和温度之间的对应关系进而将相位变化转化为温度变化值，将该温度变化值加上参考温度就是质子共振频率方法测量的温度，实现质子共振频率方法的测温，由于采用FA1＝40°、FA2＝75°这两个不同的翻转角值同时采集的两组数据，因此可以得到两组质子共振频率方法测温结果；
步骤7、自旋晶格弛豫时间方法测温：
在步骤4得到的两组幅度图像的任意一组幅度图像中，选定第一个温度点的幅度图像作为参考图像，并将此时的温度作为参考温度，利用两个在同一温度点不同翻转角值的幅度图像通过变化的翻转角方法计算出自旋晶格弛豫时间，然后利用相邻自旋晶格弛豫时间的变化通过自旋晶格弛豫时间的温度敏感度系数转化为温度的变化，自旋晶格弛豫时间的温度敏感度系数在步骤2中已经得出，再加上参考温度就是自旋晶格弛豫时间方法测量的温度，由于采用FA1和FA2这两个不同的翻转角值同时采集的两组数据，因此可以得到两组自旋晶格弛豫时间方法测温结果；
步骤8、混合PRF/T1平均方法测温：将质子共振频率方法测的两组温度结果和自旋晶格弛豫时间方法测得的两组温度结果求和取均值，作为最终的温度结果。
2.根据权利要求1所述的永磁MRI***的测温方法，其特征在于：x为4，4个恒温体模分别放在MRI扫描仪的四个边角，检测体模放置在MRI扫描仪正中部。
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