基于质子共振频率化学位移的永磁磁共振测温方法研究

摘要

磁共振成像可在无创条件下对人体或生物体的内部组织的结构和功能进行成像,与 CT等成像技术相比,它具有多参数成像、对人体没有电离辐射等优点,因此其在临床上得到广泛应用,并成为医学诊断领域中最重要的方法之一。
　　 近几年,微创和无创手术技术不断发展,针对前列腺癌和子宫肌瘤等的热消融术也受到人们极大地关注。微创技术的目的是在处理恶性病灶的同时不会引起或者最小化对病灶周围正常组织的损伤。实现在病人体外进行手术,降低手术成本,减少发病率和死亡率。
　　 热消融术的基本原理是:通过加热,使病变组织温度升高并将其杀死。于此同时,必须保证其周围健康组织细胞的温度维持在安全范围内。因此,如何快速、精确地测量病变组织在治疗过程中温度的变化成为人们研究的重点。只有通过温度测量反馈回来的信息,医生才能了解治疗效果、预测坏死区域、及时修改治疗方案以及避免损伤病变区域周围的健康组织。
　　 在热消融过程中,用与监控的成像方法主要有三种:CT成像、超声成像技术以及MR成像。与其他两种技术相比,MR温度测量技术不仅能对目标区域进行精确定位,而且还能对治疗过程中的温度变化进行定量测量,甚至还可以对坏死区域进行预测。MR温度测量属于无创温度测量技术,它利用的是某些成像参数的温度敏感性。根据使用的温度敏感参数的不同,MR测量温度的方法主要有质子共振频率(Proton Resonance Frequency,PRF)、自旋晶格弛豫时间T1、水分子扩散系数,3D-MRSI等几种。
　　 目前在低场环境中应用最多的是自旋晶格弛豫时间T1的方法,但是由于不同组织T,对温度敏感系数不同,T1温度敏感校正较为困难,所以此方法的临床应用性不好。PRF方法因其共振频率变化与温度变化在一定范围内成线性关系,其温度敏感系数对不同的组织(脂肪除外)来说差别非常小,接近于纯水的PRF温度敏感系数(-0.01ppm/℃),且可以实现准实时温度测量,受到人们的关注。但是由于PRF方法的温度灵敏度和场强成正比,所以其多是应用于场强较高的超导环境中,而低场应用很少。
　　 稀疏磁共振成像技术是通过减少K空间数据采集量这一途径来缩短数据采集时间的。减少数据采集量,使得采集的数据不再满足抽样定理,用这些数据重建出的图像存在严重的伪影。但是,稀疏磁共振成像理论表明,如果采用的是随机降采样,并且由降采样引起的伪影在图像的某一变换域内(如小波变换)的表现类似于噪声,只要待重建图像在该变换域内具有稀疏性,并且采用一种合适的非线性重建方法进行重建,仍可精确地重建出图像。稀疏磁共振采集方式可以进一步提高测温的时间分辨率。
　　 本文中尝试了在低场永磁环境中,使用基于质子共振频率(PRF)化学位移的测温方法进行实验研究:
　　 (1)针对在低场永磁磁共振环境,使用基于质子共振频率化学位移的方法进行测温的可行性进行了研究。在本文中,选用基于质子共振频率化学位移的测温方法,在 XGY Oper-0.4T永磁设备上采用FLASH序列采集琼脂凝胶降温过程的数据,并与玻璃温度计的测量结果进行对比。MRI测温实验结果达到:头线圈±1.5℃,体线圈±2℃的精度；每次扫描时间,即MRI测温的时间分辨率为6s。由此证明,在低场中基于质子共振频率化学位移测温方法的精度和时间分辨率能够满足临床要求。
　　 (2)将磁共振图像的稀疏重建思想引入到测温中,并将一套全矩阵扫描的琼脂降温实验数据模拟生成一套稀疏采集的数据加以验证。实验结果表明,这套生成的稀疏数据的温度变化信息依然比较准确。