永磁MRI系統(tǒng)上基于混合PRF-T1的測(cè)溫方法研究.pdf

1、磁共振成像是一種斷層及立體成像技術(shù)，主要是利用原子核的磁共振現(xiàn)象產(chǎn)生磁共振信號(hào)，再用感應(yīng)線圈采集磁共振信號(hào)，按一定數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理而建立的一種數(shù)字圖像。相對(duì)于其他的成像技術(shù)如X線、CT(ComputedTomography)和超聲成像技術(shù)等，具有成像參數(shù)多、可任意方向斷層、對(duì)人體無電離輻射傷害等優(yōu)點(diǎn)。而且可對(duì)人體或生物體的內(nèi)部組織的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行無創(chuàng)的成像，因此，磁共振成像在臨床上得到廣泛應(yīng)用，并成為醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域和科學(xué)研究領(lǐng)域中最重要的

2、方法之一。目前，隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于腫瘤的治療開始采用微創(chuàng)和無創(chuàng)手術(shù)技術(shù)，因此針對(duì)腫瘤的熱消融術(shù)受到人們極大地關(guān)注。熱消融術(shù)是通過加熱使病變組織溫度升高并將其殺死。在腫瘤熱消融過程中，需要對(duì)靶區(qū)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控以達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞并保護(hù)周圍正常組織的目的。因此，如何快速、精確地測(cè)量病變組織在治療過程中溫度的變化成為人們研究的重點(diǎn)。
　　 隨著近代科技的發(fā)展尤其是物理加熱技術(shù)的發(fā)展，熱療進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。首先是加熱技術(shù)手段

3、的多樣化，如射頻、微波、超聲、激光、紅外線和磁感應(yīng)等新技術(shù)的出現(xiàn)，使得腫瘤熱療技術(shù)有了飛速的發(fā)展。其次腫瘤熱消融術(shù)具有創(chuàng)傷小，術(shù)后復(fù)發(fā)率低等優(yōu)點(diǎn)，這使得其在前列腺瘤、子宮肌瘤等腫瘤的治療中應(yīng)用越來越廣泛。目前在熱消融過程中，用于溫度監(jiān)控的成像方法主要有3種:CT成像、超聲成像以及MR成像。與其它兩種技術(shù)相比，MR成像是一種多參數(shù)、高對(duì)比度成像，可提供詳盡的解剖圖譜，而且無電離輻射，對(duì)人體無損害。更重要的是，人體內(nèi)部組織溫度的變化會(huì)引起多

4、個(gè)MRI參數(shù)的變化，如質(zhì)子共振頻率（proton resonance frequency, PRF）、自旋晶格弛豫時(shí)間(T1)、水分子擴(kuò)散系數(shù)、MR波譜等，而測(cè)量這些參數(shù)的變化可以反映人體組織溫度的變化。MRI溫度測(cè)量技術(shù)不僅能對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行精確定位，而且還能對(duì)治療過程中的溫度變化進(jìn)行定量測(cè)量，甚至還可以對(duì)壞死區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)。雖然超導(dǎo)系統(tǒng)具有成像質(zhì)量高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，但存在生產(chǎn)和維護(hù)成本高、開放度有限等問題。而永磁MRI成像系統(tǒng)開放性好，

5、便于醫(yī)生實(shí)施介入手術(shù)操作，而且生產(chǎn)和維護(hù)成本較低，所以研究永磁MRI系統(tǒng)上的穩(wěn)定可靠的溫度測(cè)量方法具有非常重要的意義。
　　 在MRI溫度測(cè)量技術(shù)中，水分子擴(kuò)散系數(shù)方法需要較高的梯度場(chǎng)強(qiáng)，而且信號(hào)比較低，就會(huì)造成測(cè)溫誤差比較大。MR波譜方法可以獲得絕對(duì)溫度值且測(cè)量誤差較小，但其數(shù)據(jù)采集時(shí)間較長(zhǎng)，不利于進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度測(cè)量。PRF方法是利用溫度的變化會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子共振頻率的變化，進(jìn)而使得圖像的相位改變，再利用相位變化轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的溫度變化

6、進(jìn)行測(cè)溫，而且不依賴于組織的特性（除脂肪），測(cè)溫的線性度比較好，溫度敏感度系數(shù)與主磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，場(chǎng)強(qiáng)越高其測(cè)溫精度越高，在超導(dǎo)MRI系統(tǒng)上是當(dāng)前最常用的MRI測(cè)溫方法，但在低場(chǎng)永磁MRI系統(tǒng)中由于其溫度敏感度系數(shù)低導(dǎo)致其測(cè)溫精度不高。T1測(cè)溫方法主要依賴圖像的幅度信息進(jìn)行T1參數(shù)估計(jì)，其對(duì)主磁場(chǎng)強(qiáng)度變化不敏感，即使在永磁中其溫度敏感度系數(shù)也比較高，在較寬的溫度范圍內(nèi)T1的變化與溫度的變化呈現(xiàn)出非線性的關(guān)系，而在較窄的溫度范圍內(nèi)T1的變

7、化與溫度之間基本呈線性的關(guān)系，利用這個(gè)線性關(guān)系我們就可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，但是在T1值測(cè)量的過程中受很多因素的影響，比如B1場(chǎng)的不均勻性以及T1值對(duì)組織的特性的依賴性，以及用傳統(tǒng)方法測(cè)量T1值需要很長(zhǎng)的時(shí)間，使得對(duì)T1值的測(cè)量帶來誤差，最終導(dǎo)致在測(cè)溫上產(chǎn)生誤差。綜上所述，在永磁MRI系統(tǒng)上，由于受主磁場(chǎng)強(qiáng)度的限制和磁場(chǎng)漂移等因素的影響，使得上述幾種方法都不能很好的滿足腫瘤熱消融測(cè)溫的需要，但我們從上述也不難看出PRF方法利用的是圖像的相位

8、信息來進(jìn)行測(cè)溫，T1方法利用的是圖像的幅度信息進(jìn)行測(cè)溫，如果將這兩種方法結(jié)合在一起就綜合利用了圖像的幅度信息和相位信息，這樣就有可能達(dá)到更好的測(cè)溫效果，進(jìn)一步滿足臨床的需求。
　　 最近Nick Tood等人提出一種混合PRF/T1方法，由于PRF方法對(duì)脂肪組織不敏感，不能對(duì)脂肪組織進(jìn)行測(cè)溫，而混合PRF/T1方法就解決了PRF方法在含有脂肪的組織中測(cè)溫的問題，該方法是對(duì)組織中含有水的部分用PRF方法測(cè)溫，對(duì)于含有脂肪的部分則用

9、T1方法測(cè)溫，最終將這兩種測(cè)溫融合在一起。它能夠通過一次采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)PRF和T1方法的同時(shí)測(cè)溫，而且同時(shí)利用了圖像的相位和幅值信息，在超導(dǎo)MRI系統(tǒng)中取得了很好的測(cè)溫結(jié)果。因此本文想借鑒這種混合PRF/T1方法的思想，通過綜合利用圖像的相位信息和幅度信息進(jìn)行測(cè)溫，來克服單獨(dú)用PRF或T1方法在永磁MRI系統(tǒng)上測(cè)溫誤差大的缺點(diǎn)，并對(duì)混合PRF/T1方法進(jìn)行改進(jìn)，在測(cè)溫結(jié)果上進(jìn)行混合平均，以提高永磁MRI系統(tǒng)上測(cè)溫的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性。

10、　　 本文實(shí)驗(yàn)中用瓊脂凝膠仿真肝臟組織做成體模，實(shí)驗(yàn)設(shè)備為寧波鑫高益有限公司的XGY-OPER-0.3T永磁型MRI設(shè)備。采用的掃描序列是擾相梯度回波序列(spoiled gradient recalled，SPGR)，將體模放在水浴中加熱到65℃，然后放入MRI掃描儀中，由于MRI兼容性的要求，采用精度為0.5℃的酒精玻璃溫度計(jì)測(cè)量體模的溫度，在加熱體模四周放置4個(gè)已在屏蔽房靜置3小時(shí)以上（溫度與屏蔽房溫度相同）的用于磁場(chǎng)漂移校正的

11、小的瓊脂凝膠。然后溫度每降低1℃采集一次MRI數(shù)據(jù)，并記錄此時(shí)的溫度計(jì)讀數(shù)。當(dāng)溫度降到36℃時(shí)，采集最后一次數(shù)據(jù)。然后分別提取采集的數(shù)據(jù)的相位值和幅值信息，對(duì)于相位值采用相鄰參考相位的方式處理，并將其轉(zhuǎn)化為溫度實(shí)現(xiàn)PRF方法的測(cè)溫。對(duì)于幅值信息利用變化的翻轉(zhuǎn)角（variable flip angle，VFA）方法計(jì)算T1值，然后轉(zhuǎn)化為溫度實(shí)現(xiàn)T1方法的測(cè)溫。最后將兩種方法的測(cè)溫結(jié)果平均作為最后的測(cè)溫結(jié)果。
　　 本文所做的研究工

12、作就是在永磁MRI系統(tǒng)上，利用混合PRF/T1平均方法研究其測(cè)溫效果，該方法綜合運(yùn)用了圖像的幅值信息和相位信息，實(shí)現(xiàn)了PRF和T1方法的同時(shí)測(cè)溫，并將PRF和T1的測(cè)溫結(jié)果求平均作為最后的測(cè)溫結(jié)果，這樣可以用兩種方法的測(cè)溫結(jié)果相互補(bǔ)償降低測(cè)溫結(jié)果的誤差，從結(jié)果分析上來看混合PRF/T1平均方法的誤差較小，測(cè)溫誤差可以達(dá)到±3℃，克服了用PRF或T1一種方法測(cè)溫誤差較大的缺點(diǎn)，而且其COV為2.63％說明其可重復(fù)性比較高。結(jié)果證明在永磁M