CN114820838B - 校正磁化率误差的磁共振温度成像方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种校正磁化率误差的磁共振温度成像方法，使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列获取目标部位的磁共振影像数据，选取至少一个回波时间对应的相位图作为第一组相位图，其他回波时间对应的相位图为第二组相位图；使用所述第一组相位图计算得到第一组相位差图或温度差图，使用所述第二组相位图计算得到第二组相位差图或温度差图；对比相应像素中第二组相位差图或温度差图中的相位差或温度差与所述第一组相位差图或温度差图中的相位差或温度差的差值的绝对值是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，则对第二组相位差图或温度差图中的相位差或者温度差进行校准。
Description
技术领域
本申请涉及医学影像领域，更具体地，涉及一种校正磁化率误差的磁共振温度成像方法。
背景技术
使用磁共振温度成像(Magnetic Resonance Temperature Imaging，MRTI) 实现对目标部位温度变化的监控，对于热消融治疗(例如激光间质热疗，共聚焦超声等微创或者无创手术)具有非常重要的作用，然而现有方法中随着待消融部位的温度迅速上升，会导致该部位的磁化率迅速发生变化，导致磁化率误差，使得消融中心部位的温度无法获取或者出现较大误差，如何消除升温导致的磁化率误差，是需要解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，第一方面，本申请提供了一种校正磁化率误差的磁共振温度成像方法，其包括：
使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列获取目标部位的磁共振影像数据，i为大于或等于2的正整数，所述磁共振影像数据包括与所述回波时间对应的相位图，
选取至少一个回波时间对应的相位图作为第一组相位图，其他回波时间对应的相位图为第二组相位图；
使用所述第一组相位图计算得到第一组相位差图或温度差图，使用所述第二组相位图计算得到第二组相位差图或温度差图；
对比相应像素中第二组相位差图或温度差图中的相位差或温度差与所述第一组相位差图或温度差图中的相位差或温度差的差值的绝对值是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，则对第二组相位差图或温度差图中的相位差或者温度差进行校准。
使用第一组相位差图或温度差图得到第一温度图，使用第二组相位差图或温度差图得到第二温度图，然后计算温度图。
其中，阈值可以自由选择，例如使用的阈值可以为1、2、3、4、5、6、7、 8或9等；校正可以有多种方法，例如可以使用第一温度图的温度值替换第二温度图的温度值，或者使用第二温度图中相邻像素的温度值替换第二温度图中该像素的温度值，或者基于相邻像素的温度值和第一温度图的温度值拟合一个近似温度替代第二温度图的温度值。
可选地，本发明的方法中，计算温度图包括对至少一个第一温度图和至少一个第二温度图进行加权的步骤，加权是在像素上对不同温度图上的值进行加权形成新的温度图；进一步地，加权可以是各种权重的加权，例如平均加权，或者可以为单独的一个回波时间对应的温度图，即该温度图的加权系数为1，其他相位温度图的加权系数为0。
可选地，本发明的方法中，第一组相位图中至少一个对应的回波时间不超过超过18ms，17ms，16ms，15ms，14ms，13ms，12ms，11ms，10ms，9ms， 8ms，7ms，6ms，5ms或4ms。。
可选地，本发明的方法中，第一组相位图对应的回波时间小于其所对比的所述第二组相位图对应的回波时间。进一步地，第一组相位图仅包含对应最小回波时间的相位图。
可选地，本发明的方法还包括校正运动引起的相位误差的步骤，该步骤通过使用至少两组对应不同回波时间的相位差图或者温度差图在每个像素处的线性最小二乘拟合将运动引起的相位误差去除。
第二方面，本发明还提供了一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有程序代码，所述程序代码被执行时实现本发明的磁共振温度成像方法。
第三方面，本发明还提供了一种温度成像仪，其特征在于，包括：主机、所述主机包含处理器并能够接收磁共振影像数据，所述处理器加载有程序代码，所述程序代码用于执行本发明的方法。
第四方面，本发明还提供了一种激光热疗***，其包括第三方面的温度成像仪，能够执行本发明的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为在离体环境中获得的幅值和相位图像；
图2为本申请的一个实施例提供磁化率校正之后的温度图；
图3为本申请的另一个实施例提供的针对同一像素位置磁化率校正前后的对比。
图4为本申请的又一个实施例提供针对不同帧温度图的对比，展示了不同处理方法和阶段的温度图。
具体实施方式
磁共振温度成像可以引导多种能量输送型治疗手段，例如激光间质热疗、聚焦超声治疗、射频消融等，监控目标组织温度和治疗效果。发明人通过研究发现获取的温度图中错误的主要来源是相位解包裹错位导致的相位误差、磁化率误差和运动导致的相位误差。随着输入能量剂量的改变，磁化率畸变会导致图像振幅减小以及图像相位中的相应误差，从而破坏加热中心及其周围的重建温度图。重建温度图的错误可能会导致消融区域的估计错误，从而可能导致治疗效果的变化以及对关键组织的热损伤。因此，准确的温度成像对于治疗的有效性和安全性至关重要，尤其是应用于脑组织的消融区域时。
基于质子共振频率位移的测温法基于以下原理：氢质子的共振频率随水分子中的温度而变化。对于含水组织，局部磁场随温度的变化可描述为：
其中，α是随温度变化的质子共振频率系数。受温度影响的水质子的相应共振频率变化可以表示为：
Δf＝αγB0·ΔT； (2)
其中，ΔT表示温度变化，Δf表示共振频率变化，γ表示旋磁比，B0表示静态磁场强度。
可以在复杂的磁共振成像的相位中观察到由于温度变化引起的共振频率的变化。对于给定的梯度回波序列的间隔时间TE，可以根据相位差Δφ计算相对温度变化ΔT，该方程可表示为：
梯度召回回波脉冲序列，简称梯度回波序列，是基于质子共振频率位移的测温法中最常用的序列。根据公式(3)可知，梯度回波序列越长，相同的温度变化可能导致相位差越大，表明可以获得更高的温度灵敏度。
图1中，随着梯度回波序列的回波时间增加，相位对比和相位回绕都增加，这表明在稍后的回波时间内，温度灵敏度更高，相位解缠程序更多。在(离体，猪脑)中通过本申请实施例使用的含有4个不同回波时间的梯度回波序列获得的第一至第四回波的幅值、相位和温度。使用传统的算法根据每个TE(回波时间)设置计算温度图(下排)，强烈的激光加热会由于磁化率的变化而导致信号损失，继而导致加热中心周围像素的相位和温度异常。
水质子的局部磁场也应考虑磁化率x0，公式(1)变为：
其中，
表示由磁化率引起的局部磁场变化。
发明人发现，激光加热会在激光尖端周围的GRE成像中引起明显的磁化伪影。参考图1，温度急剧变化的加热中心(如图1中箭头所示)在较长的回波时间数量级上显示严重的信号损失。
激光加热引起的磁化率伪影，尤其是较长回波时间的梯度回波序列对应的图像中的磁化率伪影，是造成误差的重要原因。参考图1，在离体或体内实验中，加热中心周围的相位误差转化为磁共振热成像上的伪低温。理论上，在成像过程汇总，使用具有尽可能短的回波时间的梯度脉冲序列以最大程度地减小磁化率伪影。但是，更长的回波时间的梯度脉冲序列可以提供更好的温度灵敏度和信噪比，如何实现灵敏度和信噪比的协调是需要解决的问题。
为了兼顾温度灵敏度、信噪比和低误差，本申请实施例提供了一种校正磁化率误差的磁共振温度成像方法，包括以下步骤：
使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列获取目标部位的磁共振影像数据，i为大于或等于2的正整数，所述磁共振影像数据包括与所述回波时间对应的相位图，
选取至少一个回波时间对应的相位图作为第一组相位图，其他回波时间对应的相位图为第二组相位图；
使用所述第一组相位图计算得到第一组相位差图或温度差图，使用所述第二组相位图计算得到第二组相位差图或温度差图；
对比相应像素中第二组相位差图或温度差图中的相位差或温度差与所述第一组相位差图或温度差图中的相位差或温度差的差值的绝对值是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，则对第二组相位差图或温度差图中的相位差或者温度差进行校准。
使用第一组相位差图或温度差图得到第一温度图，使用第二组相位差图或温度差图得到第二温度图，然后计算温度图。
阈值可以根据实际需求选取不同的数值，例如在温度差图中，使用的阈值可以为1、2、3、4、5、6、7、8或9等，第二组相位差图或温度差图中的相位差或者温度差进行校准可以有多种方式，例如可以使用第一温度图的温度值替换第二温度图的温度值，也可以基于相邻像素的温度值和第一温度图的温度值拟合一个近似温度替代第二温度图的温度值，或者可以使用相邻像素的温度值进行替代或者估算。
下面结合具体实验对本申请实施例提供的磁共振温度成像方法进行验证。
杜宾狗的体内实验已获得清华大学机构审查委员会的批准。成年杜宾狗接受了激光间质热疗。加热过程在3T MR扫描仪(Ingenia，Philips Healthcare，Best，荷兰)上通过32条接收头线圈使用多回波时间梯度回波序列进行监控，翻转角＝30°，TE＝6/12/18/24ms，TR＝22ms，矩阵＝176×176，FOV＝200 x200mm2，切片厚度＝5mm，3s/图像。使用6ms对应的序列作为第一组序列，其余回波时间对应的序列作为第二组序列，第二组温度差图中的相位差与第一组相位差图的温度差的差值的绝对值超过5摄氏度时，使用第一组温度图的数值替代该像素中第二组温度图的数值。
实验结果参见图2至图4。
图2示出了整体的一个断面的温度图，消除了磁化率突变导致的加热中心温度异常(出现黑斑)。
图3是针对一个像素的温度随着时间的变化，其中使用6ms回波时间的序列修正了12、18、24ms回波时间的序列中的磁化率误差。
图4中示出了不同的方法的结果对比，第一排结果示出了传统解包裹的温度图，不同的帧数体现了不同的位置，第二行是解包裹校正后的温度结果，第三行是进行本发明的磁化率校正之后的记过，可以看出，对于中心的温度失真已经进行了校正；第四行是使用不同回波时间的序列得到的温度图进行加权平均的结果，温度图的过度更加平滑。
本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种校正磁化率误差的磁共振温度成像方法，其特征在于，包括：
使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列获取目标部位的磁共振影像数据，i为大于或等于2的正整数，所述磁共振影像数据包括与所述回波时间对应的相位图，
选取至少一个回波时间对应的相位图作为第一组相位图，其他回波时间对应的相位图为第二组相位图，所述第一组相位图中至少一个对应的回波时间不超过18ms，所述第一组相位图对应的回波时间小于其所对比的所述第二组相位图对应的回波时间；
使用所述第一组相位图计算得到第一组相位差图或温度差图，使用所述第二组相位图计算得到第二组相位差图或温度差图；
对比相应像素中第二组相位差图或温度差图中的相位差或温度差与所述第一组相位差图或温度差图中的相位差或温度差的差值的绝对值是否超过预设阈值，如果超过预设阈值，则对第二组相位差图或温度差图中的相位差或者温度差进行校准；
使用第一组相位差图或温度差图得到第一温度图，使用第二组相位差图或温度差图得到第二温度图，然后计算温度图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算温度图包括对至少一个第一温度图和至少一个第二温度图进行加权的步骤，加权是在像素上对不同温度图上的值进行加权形成新的温度图。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加权是平均加权。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组相位图仅包含对应最小回波时间的相位图。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，还包括校正运动引起的相位误差的步骤，该步骤通过使用至少两组对应不同回波时间的相位差图或者温度差图在每个像素处的线性最小二乘拟合将运动引起的相位误差去除。
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有程序代码，所述程序代码被执行时实现权利要求1至5中任一项所述的磁共振温度成像方法。
7.一种温度成像仪，其特征在于，包括：主机、所述主机包含处理器并能够接收磁共振影像数据，所述处理器加载有程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1至5中任一项所述的方法。
8.一种激光热疗***，其包括权利要求7所述的温度成像仪，能够执行权1至5中任一项所述的方法。
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