CN104257357A - 磁共振温度成像方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在线实时磁共振温度成像方法，加热开始前，启动磁共振连续扫描序列；通过所述连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中得到随时间变化的所述待测对象的图像数据；利用重建算法对所述图像数据进行重建，得到重建图像，所述重建图像包括相位图像和幅值图像；每生成一幅重建图像就通过网络共享文件夹的方式从图像重建系统设备传送到温度成像系统设备上指定的网络共享文件夹中；从所述网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像，根据获取的所述相互匹配的相位图像和幅值图像，利用温度成像算法生成相应的温度图像。采用该方法，实现了在线磁共振中对待测对象温度的实时监控。此外，还提供了一种在线实时磁共振温度成像系统。

Description

磁共振温度成像方法和系统
技术领域
本发明涉及磁共振成像领域，特别是涉及一种磁共振温度成像方法和系统。
背景技术
高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound，HIFU)治疗是一种新兴无创性治疗良恶性实体肿瘤的新方法，其机制是在短时间内通过聚焦超声将肿瘤组织温度瞬间提高到60°以上，导致肿瘤细胞产生不可逆坏死、组织凝固性坏死和蛋白质变性。热疗方法中需要将肿瘤细胞加热到60°以上，但是温度又不能超过100°，以避免组织被碳化且很难被代谢吸收。因此实时监测肿瘤细胞的温度变化是实现安全治疗的基本保障。由于磁共振成像具有高分辨率和无创性监测温度的特性，因此成为最适合引导和监控治疗过程的工具之一。
传统的在线磁共振温度成像方法是：将磁共振扫描主控计算机、图像重建计算机和温度成像系统计算机置于同一局域网内。治疗时先启动加热装置，预设加热时间和功率，加热到预设的时间后，停止加热。温度成像系统计算机再发送扫描请求给磁共振扫描主控计算机申请一个扫描序列，该序列扫描一次，生成至少2幅图像，等待所有图像重建完成生成重建图后才能通过影像归档和通信系统协议传送给温度成像系统计算机进行温度成像处理，生成需要的温度图像。这种方案加热和扫描是分开进行的，生成的温度图像显示的是加热完后的温度，加热过程中的实时温度变化无法显示。并且当序列扫描图像有多幅时必须等所有图像重建完成后才能发送给温度成像系统，也会增加延时。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术无法实时产生温度图像的技术问题，提供一种在线实时的磁共振温度成像方法和系统。
一种磁共振温度成像方法，所述方法包括：
加热开始前，启动磁共振连续扫描序列；
通过所述连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中得到随时间变化的所述待测对象的图像数据；
利用重建算法对所述图像数据进行重建，得到重建图像，所述重建图像包括相位图像和幅值图像；
每生成一幅重建图像就通过网络共享文件夹的方式从图像重建系统设备传送到温度成像系统设备上指定的网络共享文件夹中；
从所述网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像，根据获取的所述相互匹配的相位图像和幅值图像，利用温度成像算法生成相应的温度图像。
在其中一个实施例中，所述从所述网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像的步骤包括：
所述网络共享文件夹每接收到一幅重建图像，则将接收到的重建图像移至所述温度成像系统设备中的图像备份文件夹中；
将所述图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像。
在其中一个实施例中，所述将图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像的步骤包括：
分别获取所述图像备份文件夹中的相位图像和幅值图像的头信息；
将所述相位图像的头信息与所述幅值图像的头信息进行配对，所述头信息匹配的相位图像和幅值图像为相互匹配的相位图像和幅值图像。
在其中一个实施例中，所述头信息包括图像生成时间和图像扫描位置中的至少一种。
在其中一个实施例中，在所述利用重建算法对所述图像数据进行重建，得到重建图像的步骤之后还包括：
将所述重建图像存入图像数据库中。
一种磁共振温度成像系统，所述系统包括：
扫描模块，用于加热开始前，启动磁共振连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中得到随时间变化的所述待测对象的图像数据；
重建模块，用于对所述图像数据进行重建，得到重建图像，所述重建图像包括相位图像和幅值图像，并且每生成一幅重建图像就通过网络共享文件夹的方式传送到指定的网络共享文件夹中；
成像模块，用于接收重建模块发送来的重建图像，从所述网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像，根据获取的所述相互匹配的相位图像和幅值图像，利用温度成像算法生成相应的温度图像。
在其中一个实施例中，所述成像模块包括：
备份单元，用于在所述网络共享文件夹每接收到一幅重建图像，则将接收到的重建图像移至成像模块的图像备份文件夹中；
配对单元，用于将所述图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像。
在其中一个实施例中，所述配对单元包括：
头信息提取单元，用于分别获取所述图像备份文件夹中的相位图像和幅值图像的头信息；
头信息配对单元，用于将所述相位图像的头信息与所述幅值图像的头信息进行配对，所述头信息匹配的相位图像和幅值图像为相互匹配的相位图像和幅值图像。
在其中一个实施例中，头信息提取单元获取的头信息包括图像生成时间和图像扫描位置中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述系统还包括：
数据库备份模块，用于将所述重建图像存入图像数据库中。
上述磁共振温度成像方法和系统，通过在加热前就启动磁共振连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中通过对得到的随时间变化的所述待测对象的图像数据进行重建和实时的通过网络共享文件夹的方式传送到成像系统并生成相应的温度图像，只要有匹配的相位图像和幅值图像即可进行温度成像，无需等待所有图像都重建完，从而实现了在线磁共振中对待测对象温度的实时监控。
附图说明
图1为一个实施例中磁共振温度成像方法的流程图；
图2为一个实施例中网络共享文件夹每接收到一幅重建图像，则将接收到的重建图像移至所述温度成像系统设备中的图像备份文件夹的流程图；
图3为一个实施例中牛肝的由当前相位图拟合得到的基准相位图像和加热过程中的当前相位图像；
图4为一个实施例中在线牛肝加热实验磁共振实时温度图像和幅值图像；
图5为一个实施例中温度图像中颜色对应的相对温度；
图6为一个实施例中磁共振温度成像系统的结构框图；
图7为一个实施例中成像模块的结构框图；
图8为一个实施例中配对单元的结构框图；
图9为另一个实施例中磁共振温度成像系统的结构框图。
具体实施方式
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种磁共振温度成像方法，该方法可应用于磁共振温度成像系统中，该系统包括：具有对待测对象进行加热的加热装置、磁共振扫描主控计算机、图像重建计算机和温度成像系统计算机。其中磁共振扫描主控计算机可以产生磁共振连续扫描序列，图像重建系统计算机和温度成像系统计算机置于同一局域网内。该方法包括：
步骤S110，加热开始前，启动磁共振连续扫描序列。
本实施例中，由于梯度回波序列具有扫描速度快的特点，扫描序列采用梯度回波序列。加热开始前磁共振扫描主控计算机启动磁共振连续扫描序列，可以得到加热开始前的待测对象的图像数据。
步骤S120，通过连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中得到随时间变化的待测对象的图像数据。
本实施例中，通过连续扫描序列扫描待测对象，开始加热后随着时间的变化，可以在加热过程中得到随时间变化的待测对象的图像数据。这些图像数据记录了从加热前到加热结束整个过程中的待测对象的连续状态，在后面利用这些数据在线实时进行重建和温度成像后可以得到待测对象加热过程中的实时温度变化。
步骤S130，利用重建算法对得到的图像数据进行重建，得到重建图像，重建图像包括相位图像和幅值图像。
本实施例中，图像重建计算机接收磁共振扫描主控计算机发来的图像数据并采用自带的图像迭代重建算法对图像数据进行重建。重建后可以得到重建图像，是符合医学图像和相关信息国际标准的DICOM(Digital Imaging andCommunications in Medicine)即医学数字成像和通信图像。重建图像包括相位图像和幅值图像。
步骤S140，每生成一幅重建图像就通过网络共享文件夹的方式从图像重建系统设备传送到温度成像系统设备上指定的网络共享文件夹中。
本实施例中，温度成像系统设备即为温度成像系统计算机，在温度成像系统计算机可预先建立网络共享文件夹，具体为对需共享的文件夹选择“共享”菜单项。图像重建计算机会建立一个TCP/IP端口，通过该端口，每生成一幅重建图像会自动传输到局域网内温度成像系统计算机指定的网络共享文件夹中。
步骤S150，从网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像，根据获取的相互匹配的相位图像和幅值图像，利用温度成像算法生成相应的温度图像。
本实施例中，直接在网络共享文件夹中对相位图像和幅值图像进行匹配，具体的，如果相位图像和幅值图像所携带的对应的信息一致，则认为它们是匹配的。对应的信息可以是图像名称中有相一致的字符，比如相位图像是a_1,幅值图像是b_1，则它们是匹配的一对图像；类似的相位图像是a_2，幅值图像是b_2，则它们是匹配的一对图像。如果图像备份文件夹里只有一幅图像，则需要等待与它匹配的图像。
进一步的，温度成像系统计算机根据获取的相互匹配的相位图像和幅值图像，利用温度成像算法生成相应的温度图像。使用的温度成像参数可以是质子共振频率位移，温度成像算法可以采用基于质子共振频率位移的无参考温度成像方法。此方法通过计算梯度回波序列图像中的相位改变得到温度的改变ΔT，计算公式如下所示：
其中，是加热时当前相位图像的当前相位；是加热前基准相位图像的基准相位；α是质子共振频率偏移系数，对于大部分组织α＝-0.01ppm/℃，γ是磁旋比；B0是主磁场强度，TE为梯度回波序列的回波时间。无参考温度成像方法假设相位图像由一组连续光滑的空间多项式函数逼近，非受热区域的相位图像被用于拟合相位空间模型，而受热区域的基准相位由该模型外插得到。该方法不依赖于基准相位图像的采集，由当前相位图像通过相位空间模型拟合得到基准相位图像。由基准相位图像、当前相位图像代入上面的公式就能得到ΔT。运用不同的颜色代表不同的相对温度，就能得到实时温度图。比如我们用绿色代表温度变化为0，则温度图中绿色的部分就代表此位置待测对象的温度没有变化。
本实施例中，通过在加热前就启动磁共振连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中通过对得到的随时间变化的所述待测对象的图像数据进行重建和实时的通过网络共享文件夹的方式传送到成像系统并生成相应的温度图像，只要有匹配的相位图像和幅值图像即可进行温度成像，无需等待所有图像都重建完，从而实现了在线磁共振中对待测对象温度的实时监控。
在一个实施例中，从网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像的步骤包括：网络共享文件夹每接收到一幅重建图像，则将接收到的重建图像移至所述温度成像系统设备中的图像备份文件夹中；将所述图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像。
本实施例中，如图2所示，温度成像系统计算机采用定时查询的方式监控本机的共享文件夹，设置定时器每10ms触发一次，等待定时器触发，定时器触发后则检测网络共享文件夹是否为空，如果共享文件夹为空则没有接收到重建图像，如果共享文件夹不为空则接收到了重建图像。每接收到一幅重建图像，则将接收到的重建图像移至所述温度成像系统设备中的图像备份文件夹中。将图像备份文件夹里的图像进行匹配，具体的，如果相位图像和幅值图像所携带的对应的信息一致，则认为它们是匹配的。如果图像备份文件夹里只有一幅图像，则需要等待与它匹配的图像。
在一个实施例中，将图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像的步骤包括：分别获取图像备份文件夹中的相位图像和幅值图像的头信息；将所述相位图像的头信息与所述幅值图像的头信息进行配对，所述头信息匹配的相位图像和幅值图像为相互匹配的相位图像和幅值图像。
本实施例中，采用DICOM图像头信息对相位图像和幅值图像进行匹配。DICOM图像一般由一个DICOM头信息和一个DICOM数据集合组成。DICOM头信息描述了DICOM格式的图像大小，以及其它关于扫描情况的文件信息包括图像生成时间、扫描位置。在图像备份文件夹里接收到相位图像或幅值图像后我们需要按照它的存储方式进行读取图像头信息。如果相位图像和幅值图像对应图像头信息一致，则认为幅值图像和相位图像来自同一次扫描，则得到了相互匹配的相位图像和幅值图像。如果图像备份文件夹里只有一幅图像，则需要等待与它匹配的图像。
在一个实施例中，头信息包括图像生成时间和图像扫描位置中的至少一种。
本实施例中，如果相位图像和幅值图像对应生成时间和扫描位置信息中至少一种一致，则认为幅值图像和相位图像来自同一次扫描，则得到了相互匹配的相位图像和幅值图像。
在一个实施例中，在利用重建算法对图像进行重建，得到重建图像的步骤之后，还包括：将重建图像存入图像数据库中。
本实施例中，将重建图像存入图像数据库中，图像数据库中的图像可以进行检索、分类。这些图像可用于对大量不同实验后进行数据对比。在实际高强度聚焦超声治疗中，图像数据库中的图像可用于病人不同治疗期间治疗效果的对比。
本实施例中通过DICOM图像自带的头信息进行匹配相位图像和幅值图像简单方便，并且将重建图像存入图像数据库中利于后期进行图像数据总结、比对和分析。
具体的，在一个实施例中，在线实时磁共振温度成像实验在SiemensMagnetom TIM Trio3T系统中进行，温度成像系统运行在Intel i7-4800MQ CPUs和16G RAM内存的计算机上，与磁共振主机和磁共振重建计算机通过网线连接在同一局域网内，用高强度聚焦超声加热牛肝。实验过程中得到了当前相位图像以及由当前相位图像和匹配的幅值图像拟合而成的基准相位图像。如图3所示，左边是基准相位图像，右边是当前相位图像。将当前相位和基准相位代入如下公式：
得到一个包含温度变化数值的数组，通过映射到相关的颜色，就形成了绿色或红色的温度图像。如图4所示，右边灰色的是牛肝扫描切片幅值图像，左边其实是两幅图叠加，底下是一幅右边的幅值图像，然后在上面叠加一幅温度图像，通过叠加在一起就可以看到牛肝每个部位的温度变化。各个颜色代表的相对温度如图5所示，因为我们计算得到的是相对温度变化ΔT，所以每个颜色代表的也是相对温度。因为温度图像是实时在线生成的，我们就可以将温度图像和幅值图像叠加显示来监控牛肝加热区域的实时温度变化。实现了在线实时磁共振温度成像，成像时间无延迟，温度误差平均在0.5摄氏度左右。
如图6所示，在一个实施例中，提供了一种磁共振温度成像的系统，包括：
扫描模块310，用于加热开始前，启动磁共振连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中得到随时间变化的待测对象的图像数据。
重建模块320，用于对图像数据进行重建，得到重建图像，重建图像包括相位图像和幅值图像，并且每生成一幅重建图像就通过网络共享文件夹的方式传送到指定的网络共享文件夹中。
成像模块330，用于接收重建模块320发送来的重建图像，从网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像，根据获取的所述相互匹配的相位图像和幅值图像，利用温度成像算法生成相应的温度图像。
在另一个实施例中，如图7所示，上述成像模块330包括：
备份单元331，用于在网络共享文件夹每接收到一幅重建图像，则将接收到的重建图像移至成像模块的图像备份文件夹中。
配对单元332，用于将图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像。
如图8所示，上述配对单元332包括：
头信息提取单元332a，用于分别获取所述图像备份文件夹中的相位图像和幅值图像的头信息。
头信息配对单元332b，用于将相位图像的头信息与幅值图像的头信息进行配对，头信息匹配的相位图像和幅值图像为相互匹配的相位图像和幅值图像。
在一个实施例中，头信息提取单元332a获取的头信息包括图像生成时间和图像扫描位置中的至少一种。
在另一个实施例中，如图9所示，提供了一种磁共振温度成像的系统，本系统在图6所示实施例的基础上，还包括：
数据库备份模块340，用于将重建图像存入图像数据库中。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种磁共振温度成像方法，所述方法包括：
加热开始前，启动磁共振连续扫描序列；
通过所述连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中得到随时间变化的所述待测对象的图像数据；
利用重建算法对所述图像数据进行重建，得到重建图像，所述重建图像包括相位图像和幅值图像；
每生成一幅重建图像就通过网络共享文件夹的方式从图像重建系统设备传送到温度成像系统设备上指定的网络共享文件夹中；
从所述网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像，根据获取的所述相互匹配的相位图像和幅值图像，利用温度成像算法生成相应的温度图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像的步骤包括：
所述网络共享文件夹每接收到一幅重建图像，则将接收到的重建图像移至所述温度成像系统设备中的图像备份文件夹中；
将所述图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像的步骤包括：
分别获取所述图像备份文件夹中的相位图像和幅值图像的头信息；
将所述相位图像的头信息与所述幅值图像的头信息进行配对，所述头信息匹配的相位图像和幅值图像为相互匹配的相位图像和幅值图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述头信息包括图像生成时间和图像扫描位置中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述利用重建算法对所述图像数据进行重建，得到重建图像的步骤之后还包括：
将所述重建图像存入图像数据库中。
6.一种磁共振温度成像系统，其特征在于，所述系统包括：
扫描模块，用于加热开始前，启动磁共振连续扫描序列扫描待测对象，并在加热过程中得到随时间变化的所述待测对象的图像数据；
重建模块，用于对所述图像数据进行重建，得到重建图像，所述重建图像包括相位图像和幅值图像，并且每生成一幅重建图像就通过网络共享文件夹的方式传送到指定的网络共享文件夹中；
成像模块，用于接收重建模块发送来的重建图像，从所述网络共享文件夹中获取相互匹配的相位图像和幅值图像，根据获取的所述相互匹配的相位图像和幅值图像，利用温度成像算法生成相应的温度图像。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述成像模块包括：
备份单元，用于在所述网络共享文件夹每接收到一幅重建图像，则将接收到的重建图像移至成像模块的图像备份文件夹中；
配对单元，用于将所述图像备份文件夹里的图像进行匹配得到相互匹配的相位图像和幅值图像。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述配对单元包括：
头信息提取单元，用于分别获取所述图像备份文件夹中的相位图像和幅值图像的头信息；
头信息配对单元，用于将所述相位图像的头信息与所述幅值图像的头信息进行配对，所述头信息匹配的相位图像和幅值图像为相互匹配的相位图像和幅值图像。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，头信息提取单元获取的头信息包括图像生成时间和图像扫描位置中的至少一种。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
数据库备份模块，用于将所述重建图像存入图像数据库中。
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