CN107468251A - 一种低场磁共振温度成像相位漂移的校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低场磁共振温度成像相位漂移的校正方法，应用于监测加热区域的面积和准确的温度变化值，该方法包括：在微波消融仪对目标区域进行消融前，使用GRE序列或SPGR序列采集一幅磁共振图像，作为参考图像；在MW消融时或消融后采集另一幅磁共振图像，作为加热图像；在加热图像中选取模拟的加热区域和未加热区域；根据所述未加热区域的相位漂移使用加权最小二乘法的一阶多项式模型拟合出加热区域内非温度变化引起的相位变化；根据所述相位差值计算出温度差值；根据所述相位差图和温度差图得到加热区域的面积。本发明能够显著提高低场磁共振温度成像的温度精度，减小温度误差。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Imaging)的技术领域，特别涉及一种低场磁共振温度成像(MRT,Magnetic Resonance Thermometry)相位漂移的校正方法。
背景技术
MRT的基本思想是测量与温度相关的各种组织属性，从而提取温度信息。温度敏感的磁共振参数有：质子密度、自旋-晶格弛豫时间T1、自旋-自旋弛豫时间T2、水分子扩散系数、磁化矢量转移与质子共振频率偏移(PRFs,Proton Resonance Frequency shift)。PRFs方法具有较好的时空分辨率，并且在高场磁共振温度成像上有较高的灵敏度，因此这种方法被广泛应用于磁共振温度成像。
基于PRFs方法的MRT可用来监测微波(MW,microwave)消融区域的面积和温度的变化，其原理是利用水分子中氢质子的共振频率随温度变化而发生偏移。PRFs方法可以分为两种，一种是磁共振波谱成像法，另一种是相位相减法。相位相减法需要在加热前先扫描参考图像，而后与加热时或加热后采集图像做相位差运算，从而得到消融区域的面积和温度的变化值。低场磁共振扫描仪能够最大限度地提高患者的舒适程度、减少幽闭恐惧症。此外，它还具有大口径，开放式等优点，更适合应用于介入MRT。但是，与高场磁共振相比，低场磁共振更易受磁场漂移等因素的影响，从而导致相位漂移以及温度成像中温度计算的偏差。
目前高场MRT常用加权最小二乘法的高阶多项式模型进行相位漂移的校正，但低场MRT应用此方法进行相位漂移校正后得到的温度值误差较大，不能够满足临床应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低场磁共振温度成像(MRT)相位漂移的校正方法，用来得到低场MRT加热区域的面积和准确的温度变化值。
本发明提供了一种低场磁共振温度成像相位漂移的校正方法，用于磁共振成像监测MW消融，该方法包括如下步骤：
步骤一、在MW消融仪对目标区域进行消融前，使用GRE序列或SPGR序列采集一幅磁共振图像，作为参考图像；在MW消融时或消融后采集另一幅磁共振图像，作为加热图像；
步骤二、根据所述加热图像和参考图像计算出加热区域的相位变化；
步骤三、根据相位漂移校正后的相位差值，计算出温度差值。
进一步地，按照下面的公式对所述的相位变化进行计算，
其中，ΔΦ表示加热前后的相位差值，Iref和IH表示参考图像和加热图像的幅值，Re和Im表示Iref和IH的实部和虚部成分。
进一步地，该方法进一步包括：使用加权最小二乘法的一阶多项式拟合出低场MRT的相位漂移，
使用公式：
ΔΦf(a，x，y)＝a0+a1x+a2y
其中，ΔΦf(a，x，y)表示由外界因素引起的相位差，x和y表示空间坐标，向量a表示加权最小二乘法的拟合系数。
进一步地，按照下面的公式对所述的温度变化进行计算：
其中，ΔΦ-ΔΦf表示加热区域内由温度变化引起的相位差。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)低场MRT常用的方法是基于T1的测温方法，与基于PRFs方法相比，T1参数估计受磁场的不均匀性和组织特性的依赖性影响，导致T1值的测量误差较大，最终影响了温度的测量。利用基于PRFs相位漂移校正的低场MRT方法，充分利用了PRFs方法测温的成像速度快，不依赖于组织的特性等优势，同时利用相位漂移校正算法，有效地测量出有外界因素引起的相位误差，从而得到准确的相位差值。
(2)从上述方案中可以看出，由于使用加权最小二乘法的一阶多项式可以拟合出由外界因素引起的相位差，将其与未校正的相位差相减，便可得到由温度变化引起的实际相位差。通过计算，进一步得到准确的温度差值。本发明提出的相位偏移校正方法，操作简单且校正结果显著，在测温过程中可以较快地获取准确的相位差值，为实时磁共振温度成像提供了条件。
附图说明
图1为磁共振温度成像流程图；
图2为磁共振温度成像中相位漂移校正方法的流程图；
图3为加热区域和未加热区域选取示意图。
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，以下结合附图和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，但并不限定本发明。
利用温度与质子共振频率的化学位移之间依赖关系，温度变化可以表示为：
其中，ΔT表示温度变化差值，ΔΦ表示加热前后的相位差值，γ表示氢原子核的磁旋比(对H1来说表示42.58MHz/T)，α表示质子共振频率的热系数，B0表示主磁场强度，TE表示GRE序列或SPGR序列的回波时间。
在公式(1)中，加热前后的相位差值ΔΦ是通过加热前后梯度回波序列扫描后保存的K空间数据进行计算获取的。
然而，在低场MRT实验过程中，随着加热时间的变化，加热前后的相位差值ΔΦ的变化不仅仅是由温度变化引起的，还受主磁场漂移等外部因素影响。
本发明提出的低场MRT相位漂移的校正方法，即在温度成像过程中，通过加权最小二乘法的一阶多项式拟合出由外界因素引起的相位差，从而校正了相位漂移。具有的实施步骤如下：
如图3所示，中间正方形区域表示加热区域，周围正方形区域表示未加热区域。在加热过程中，未加热区域的相位差仅有外界因素影响，加热区域的相位差同时受温度变化和外界因素的影响。由此，加热区域中受外界因素变化引起的相位差ΔΦf可以通过加权最小二乘法的一阶多项式模型拟合未加热区域的相位差得到。可以通过下面的公式来计算：
ΔΦf(a，x，y)＝a0+a1x+a2y (2)
其中，ΔΦf(a，x，y)表示由加热区域受外界因素引起的相位差，x和y表示加热区域内各体素的空间坐标，向量a表示加权最小二乘法的拟合系数。
进行加权最小二乘法拟合时，公式(2)可以转换成下面的公式来计算：
(XTWX)A＝XTWΔΦf (3)
其中，X表示加热区域内各体素的空间坐标，W表示加权系数(对角矩阵)，A表示加权最小二乘法的拟合系数。
通过相位漂移校正方法，传统的PRFs相位相减法可以转换成下面的公式来计算：
其中，ΔΦ-ΔΦf表示加热区域内由温度变化引起的相位差。
Claims (4)
1.一种低场磁共振温度成像相位漂移的校正方法，用于磁共振成像监测MW消融，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一、在MW消融仪对目标区域进行消融前，使用GRE序列或SPGR序列采集一幅磁共振图像，作为参考图像；在MW消融时或消融后采集另一幅磁共振图像，作为加热图像；
步骤二、根据所述加热图像和参考图像计算出加热区域的相位变化；
步骤三、根据相位漂移校正后的相位差值，计算出温度差值。
2.根据权利要求1所述的一种低场磁共振温度成像相位漂移的校正方法，其特征在于：按照下面的公式对所述的相位变化进行计算，
<mrow>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>&Phi;</mi>
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<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，ΔΦ表示加热前后的相位差值，Iref和IH表示参考图像和加热图像的幅值，Re和Im表示Iref和IH的实部和虚部成分。
3.根据权利要求1所述的一种低场磁共振温度成像相位漂移的校正方法，其特征在于：该方法进一步包括：使用加权最小二乘法的一阶多项式拟合出低场MRT的相位漂移，
使用公式：
ΔΦf(a，x，y)＝a0+a1x+a2y
其中，ΔΦf(a，x，y)表示由外界因素引起的相位差，x和y表示空间坐标，向量a表示加权最小二乘法的拟合系数。
4.根据权利要求1所述的一种低场磁共振温度成像相位漂移的校正方法，其特征在于：按照下面的公式对所述的温度变化进行计算：
<mrow>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>T</mi>
<mo>=</mo>
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</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，ΔT表示温度变化差值，ΔΦ-ΔΦf表示加热区域内由温度变化引起的相位差，γ表示氢原子核的磁旋比，对H1来说表示42.58MHz/T，α表示质子共振频率的热系数，B0表示主磁场强度，TE表示GRE序列或SPGR序列的回波时间。
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