磁共振引导乳腺癌热消融治疗的温度成像方法研究

摘要

磁共振引导的乳腺微波热消融治疗是一种重要的微创介入治疗方式，由于有着创伤小、恢复快等优势，它正逐渐成为治疗乳腺癌的有效手段。在微创介入治疗中，需要解决对目标组织施加热量的控制和对手术部位的温度监控等问题，因此必须对治疗过程进行实时监控包括对目标组织精确定位和温度监控，以提高手术的成功率。
　　在磁共振引导乳腺微波消融手术过程中，温度成像方法可以算出被消融区域的准确温度。虽然目前国内外已经有很多种温度成像方法，但是由于乳腺组织自身的特殊性，需要对已有的温度成像方法加以改进，以消除乳腺组织中大量的脂肪组织对温度测量的准确性的影响;而在同时含有水和脂肪的组织中，含有水的组织的测温结果会受到温度变化导致的周围脂肪组织的磁化率变化的影响，引起测温误差。因此，需要一种新的测温方法或者温度成像优化方法减小磁化率变化对测温准确性的影响。
　　针对上述问题，本文提出了一种新的基于磁化率变化的温度成像优化方法。首先使用最基本的温度成像方法求出热消融区域的温度;然后针对乳腺组织的特异性，使用水脂分离的温度成像方法计算温度，同时借助水和脂肪磁化率变化的差异性对温度进行修正;最后将温度差作为评估温度修正算法优劣的指标。
　　最后仿真实验结果表明，对于包含水脂两种组织的热消融模型，在微波消融输入功率为15W，微波消融时间为300s的时候，本算法的综合修正效果最好。上述结果证明了本算法的正确性以及可行性，适用于任何含有水和脂肪两种物质的组织。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 现有的温度成像方法

1．2．2 基于PRF温度成像方法的发展及其优劣

1．3 本文的研究目标与内容安排

第2章 磁共振温度成像的理论基础

2．1 磁共振成像的基本原理

2．1．1 核磁共振理论的物理学基础

2．1．2 磁共振信号

2．1．3 磁共振成像的空间定位

2．1．4 K空间与二维图像重建

2．2 磁共振温度成像的基本原理

2．2．1 基于水分子扩散系数

2．2．2 基于质子密度

2．2．3 基于自旋晶格弛豫时间

2．2．4 基于磁化矢量偏移

2．2．5 基于T2弛豫时间

2．3 基于质子共振频率

2．3．1 化学位移的概念

2．3．2 PRF的理论基础

2．3．3 PRF温度成像原理

2．3．4 PRF成像方法存在的问题

2．3．5 磁共振谱成像

2．4 本章小结

第3章 微波消融的理论基础

3．1 微波消融的原理

3．1．1 麦克斯韦方程组

3．1．2 电磁波的功率流密度

3．1．3 微波在生物组织中的传播

3．1．4 微波与生物组织间的相互作用

3．2 微波消融过程中生物组织的热效应

3．2．1 温度升高对细胞和组织的影响

3．2．2 热剂量对细胞与组织的影响

3．3 微波消融中的热传导

3．3．1 生物热传导方程

3．3．2 微波消融过程中的生物组织的热相关参数

3．4 本章小结

第4章 乳腺微波消融模型

4．1 电磁场求解方法及其仿真

4．1．1 电磁场的数值求解方法

4．1．2 有限元计算机仿真

4．2 微波消融天线的确定

4．2．1 单极同轴天线

4．2．2 同轴偶极子天线

4．2．3 缝隙天线

4．2．4 其他类型的天线

4．3 微波消融模型的温度场仿真

4．3．1 天线模型和乳腺模型的建立

4．3．2 乳腺微波消融温度场的仿真

4．3．3 乳腺微波消融温度场的仿真结果及其分析

4．4 本章小结

第5章 基于磁化率的温度成像优化算法

5．1 基于磁化率的温度修正算法

5．1．1 基于磁化率温度成像优化算法的理论基础

5．1．2 磁化率变化求温度变化的公式推导

5．1．3 基于磁化率温度成像优化算法的算法步骤

5．2 基于磁化率温度成像优化算法的结果及分析

5．2．1 结果

5．2．2 分析与讨论

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果