CN104739382A - 无参考温度成像方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无参考温度成像方法。所述方法包括：利用磁共振成像采集组织相位图，并在相位图中设置一感兴趣区域，所述感兴趣区域对应着初始加热区域的大小及位置；通过每一帧相位图中所述感兴趣区域以外的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位；根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化。本发明还相应公开了一种无参考温度成像装置。应用本发明技术方案，能够在对组织进行磁共振温度成像时，提高测量温度变化的精确度。

Description

无参考温度成像方法及装置
技术领域
本发明涉及磁共振温度成像技术领域，特别是涉及一种无参考温度成像方法及装置。
背景技术
微创热疗作为一种标准的治疗手段在治疗肝癌、前列腺癌、肾癌等疾病方面有着广泛的应用。微创热疗技术主要涉及射频、激光、超声等物理手段，例如高强度聚焦超声（HIFU，High Intensity Focused Ultrasound）热疗，其机制是在短时间内通过聚焦超声将肿瘤组织的温度瞬间提高到60℃以上，使肿瘤细胞产生不可逆坏死、组织凝固性坏死和蛋白质变性。热疗中需要注意的两点，一是必须将肿瘤细胞温度提高到60℃以上才能使其坏死，但是温度又不能超过100℃，不然肿瘤组织会被碳化且很难被代谢吸收；二是还要在杀死肿瘤细胞的同时，保证位于超声通道上的组织及焦域周围的正常组织不会受到损伤。因此，进行温度成像监控是实现安全治疗的关键。
在诸多医学影像手段中，磁共振成像（MRI，Magnetic Resonance Imaging）由于其极好的组织分辨能力和独特的温度测量功能，是微创热疗的最理想的图像引导和温度监控手段。可用于磁共振温度成像的参数有质子密度（PD，ProtonDensity）、自旋晶格弛豫时间、磁化转移（MT，Magnetization Transfer）、质子共振频率位移（PRFS，Proton Resonance Frequency Shift）及分子间量子相干（IMQC，Intermolecular Quantum Coherence）等。其中，基于PRFS原理的磁共振温度成像方法应用最为广泛，该方法具有较好的时空分辨率，水分子中质子共振频率与温度变化呈较理想的线性关系，并且不随组织类型和环境的变化而变化
传统的基于PRFS原理的磁共振温度成像方法，即参考减法，需要在对组织加热前采集一组基准相位图作为参考，在加热中通过当前采集的相位图与其对应的参考相位图相减，从而计算得到组织在加热过程中的温度变化。传统方法对组织运动比较敏感，在加热过程中，由于组织运动或变形而引起的参考相位失配，会产生较大的测温误差。
发明内容
基于此，有必要提供一种无参考温度成像方法和装置，应用本方法和装置，能够在对组织进行磁共振温度成像时，提高测量温度变化的精确度。
一种无参考温度成像方法，包括：
利用磁共振成像采集组织相位图，并在相位图中设置一感兴趣区域，所述感兴趣区域对应着初始加热区域的大小及位置；
通过每一帧相位图中所述感兴趣区域以外的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位；
根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化。
在其中一个实施例中，在根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化的步骤之后，所述方法还包括：
根据所述感兴趣区域中组织的温度变化分布标准差，修正所述感兴趣区域的大小，并将修正后的感兴趣区域作为下一帧相位图的感兴趣区域。
在其中一个实施例中，所述参考区域与所述感兴趣区域的面积比为1。
在其中一个实施例中，所述通过每一帧相位图中所述感兴趣区域以外的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位，包括：
根据每一帧相位图中参考区域中组织的相位，通过最小二乘法，利用连续光滑空间多项式函数插值得到所述感兴趣区域中组织的基准相位。
在其中一个实施例中，所述根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化，包括：
通过公式计算所述感兴趣区域中组织的温度变化，其中，为每一帧相位图中每一点的相位，为每一点的基准相位，γ为旋磁比，常数α＝-0.01ppm/℃，B0为主磁场强度，TE为磁共振回波序列的回波时间。
一种无参考温度成像装置，包括：
采集模块，用于采集组织的相位图；
设置模块，用于在相位图中设置一感兴趣区域，所述感兴趣区域对应着初始加热区域的大小及位置；
拟合模块，用于通过每一帧相位图中所述感兴趣区域以外的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位；
测温模块，用于根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化。
在其中一个实施例中，所述装置还包括修正模块，用于根据所述感兴趣区域中组织的温度变化分布标准差，修正所述感兴趣区域的大小，并将修正后的感兴趣区域作为下一帧相位图的感兴趣区域。
在其中一个实施例中，所述拟合模块，用于与所述感兴趣区域面积比为1的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位。
在其中一个实施例中，所述拟合模块，用于根据每一帧相位图中参考区域中组织的相位，通过最小二乘法，利用连续光滑空间多项式函数插值得到所述感兴趣区域中组织的基准相位。
在其中一个实施例中，所述测温模块，用于通过公式计算所述感兴趣区域中组织的温度变化，其中，为每一帧相位图中每一点的相位，为每一点的基准相位，γ为旋磁比，常数α＝-0.01ppm/℃，B为主磁场强度，T为磁共振回波序列的回波时间
上述无参考温度成像方法和装置，根据相位图中感兴趣区域之外的参考区域中组织的相位拟合得到感兴趣区域中组织的基准相位，再根据采集的相位图中感兴趣区域中组织的相位，确定感兴趣区域中各点的温度变化，相比于传统的参考减法，避免了基准相位失配引起的测温误差，提高了磁共振成像中，测量温度变化的精确度。
附图说明
图1为一个实施例中的无参考温度成像方法的流程示意图；
图2为一个实施例中的感兴趣区域的半径与测温误差的关系示意图；
图3为一个实施例中的无参考温度成像装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，在一个实施例中，提供了一种无参考温度成像方法。该方法可以应用于磁共振成像中为微创热疗提供图像引导和温度监控。该方法包括下列流程：
步骤102，利用磁共振成像扫描仪采集组织的相位图，并在相位图中设置一感兴趣区域。
具体的，本实施例中，通过磁共振二维梯度回波序列采集组织的相位图，例如，采集序列可以但不限于是梯度回波序列。每一帧相位图采集时间2.7秒。本步骤，在相位图中根据初始加热区域的大小及位置设置一感兴趣区域。例如根据聚焦超声换能器焦域的大小，感兴趣区域可以设置为一个半径为2像素点的圆。
步骤104，每一帧相位图中感兴趣区域以外的参考区域中组织的相位，拟合得到感兴趣区域中组织的基准相位。
具体的，本实施例中将感兴趣区域作为测量温度变化的区域。在每一帧相位图中，感兴趣区域中每一点的相位可以由采集的相位图获取，而作为参考的基准相位通过感兴趣区域之外的参考区域中各点的相位拟合得到。参考区域选取组织中未加热的区域。参考区域可以选取整个相位图中除感兴趣区域的所有部分，也可以选取其中一个部分，从而减少计算量。本实施例选取感兴趣之外并且与感兴趣区域面积比为1的区域作为参考区域，根据参考区域中每一点的相位，通过最小二乘法，利用连续光滑空间多项式函数插值得到感兴趣区域中各点的基准相位。
步骤106，根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及基准相位，确定感兴趣区域中组织的温度变化。
具体的，本实施例是基于PRFS原理的无参考温度成像方法，组织各点的温度变化与相位变化成正比，通过公式计算感兴趣区域中组织的温度变化，其中，为每一帧相位图中每一点的相位，为每一点的基准相位，γ为旋磁比，常数α＝-0.01ppm/℃，B为主磁场强度，TE为磁共振回波序列的回波时间。
进一步的，在本实施例中，对于每一帧相位图，感兴趣区域的大小可以保持不变，从而节约计算量。而一般受热区域随着时间，会根据温度分布会发生变化，因此为了进一步提高温度测量的精确度，还可以实时对感兴趣区域的大小进行修正，其修正方法是在根据每一帧相位图感兴趣区域中各点的相位以及基准相位确定各点的温度变化之后，以温度变化值的峰值为中心，以温度变化值降为峰值的1/e时所对应的的半宽距离作为温度分布标准差σ（如图2所示，像素宽度），根据温度分布标准差σ，修正感兴趣区域的半径大小，在图2实施例中，给出了温度变化测量精度RMSE（即无参考温度成像方法中测量的温度变化与传统参考减法测量的温度变化的差值）与感兴趣半径（radius of ROI）的关系。根据图2，实时将感兴趣区域的半径实时修正为温度变化标准差的2倍左右，作为下一帧相位图的感兴趣区域。下一帧相位图在计算时，再调整参考区域进行建模拟合，得到新的感兴趣区域的温度变化。
上述实施例提供的无参考温度成像方法，根据相位图中感兴趣区域之外的参考区域中组织的相位拟合得到感兴趣区域中组织的基准相位，再根据采集的相位图中感兴趣区域中组织的相位，确定感兴趣区域中各点的温度变化，相比于传统的参考减法，避免了基准相位失配引起的测温误差，提高了磁共振成像中，测量温度变化的精确度。
参见图3，在一个实施例中，提供了一种无参考温度成像装置。该装置包括采集模块302、设置模块304、拟合模块306、测温模块308以及修正模块310。该装置具体工作原理如下：
采集模块302实时采集磁共振回波序列中的组织的相位图。
设置模块304用于在设置一感兴趣区域，其设置方式由人工设置，或根据加热装置的类型和大小自动实现匹配设置。
拟合模块306选取感兴趣区域之外的并与感兴趣区域面积比为1的区域作为参考区域，根据参考区域中组织的相位，通过最小二乘法，利用连续光滑空间多项式函数插值得到所述感兴趣区域中组织的基准相位。
测温模块308，通过公式计算感兴趣区域中组织的温度变化，其中，为每一帧相位图中每一点的相位，为每一点的基准相位，γ为旋磁比，常数α＝-0.01ppm/℃，B为主磁场强度，T为磁共振回波序列的回波时间。
修正模块310再根据感兴趣区域中组织的温度变化分布标准差，修正感兴趣区域的大小，并将修正后的感兴趣区域作为下一帧相位图的感兴趣区域。
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)

1.一种无参考温度成像方法，其特征在于，所述方法包括：
利用磁共振成像采集组织相位图，并在相位图中设置一感兴趣区域，所述感兴趣区域对应着初始加热区域的大小及位置；
通过每一帧相位图中所述感兴趣区域以外的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位；
根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化的步骤之后，所述方法还包括：
根据所述感兴趣区域中组织的温度变化分布标准差，修正所述感兴趣区域的大小，并将修正后的感兴趣区域作为下一帧相位图的感兴趣区域。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述参考区域与所述感兴趣区域的面积比为1。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述通过每一帧相位图中所述感兴趣区域以外的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位，包括：
根据每一帧相位图中参考区域中组织的相位，通过最小二乘法，利用连续光滑空间多项式函数插值得到所述感兴趣区域中组织的基准相位。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化，包括：
通过公式计算所述感兴趣区域中组织的温度变化，其中，为每一帧相位图中每一点的相位，为每一点的基准相位，γ为旋磁比，常数α＝-0.01ppm/℃，B0为主磁场强度，TE为磁共振回波序列的回波时间。
6.一种无参考温度成像装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于采集组织的相位图；
设置模块，用于在相位图中设置一感兴趣区域，所述感兴趣区域对应着初始加热区域的大小及位置；
拟合模块，用于通过每一帧相位图中所述感兴趣区域以外的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位；
测温模块，用于根据每一帧相位图中，感兴趣区域中组织的相位以及所述基准相位，确定所述感兴趣区域中组织的温度变化。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括修正模块，用于根据所述感兴趣区域中组织的温度变化分布标准差，修正所述感兴趣区域的大小，并将修正后的感兴趣区域作为下一帧相位图的感兴趣区域。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述拟合模块，用于与所述感兴趣区域面积比为1的参考区域中组织的相位，拟合得到所述感兴趣区域中组织的基准相位。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述拟合模块，用于根据每一帧相位图中参考区域中组织的相位，通过最小二乘法，利用连续光滑空间多项式函数插值得到所述感兴趣区域中组织的基准相位。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述测温模块，用于通过公式计算所述感兴趣区域中组织的温度变化，其中，为每一帧相位图中每一点的相位，为每一点的基准相位，γ为旋磁比，常数α＝-0.01ppm/℃，B0为主磁场强度，TE为磁共振回波序列的回波时间。
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