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基于相位差补偿模型的磁共振测温技术研究

王震  
【摘要】:肿瘤已经成为危害人类健康的主要原因之一,研究肿瘤治疗方法成为了当务之急。基于高强度聚焦超声的热疗以其无毒无创的优越性成为了治疗肿瘤的最重要手段。热疗的关键是实时掌握病灶区的位置和加热温度,避免损伤正常组织细胞和碳化肿瘤细胞。磁共振不仅可以对组织结构进行成像,还可以从图像中提取出隐含的温度信息,实现绿色测温。因此,磁共振引导高强度聚焦超声热疗成为了当今研究的热点之一。本文在分析现有测温原理的基础上,从提高测温的速度和保证测温效果出发进行深入研究。针对现有测温原理的缺点和不足,提出了基于相位差补偿的磁共振测温模型。采用基于水质子共振频率偏移(Proton Resonance Frequency,PRF)的测温原理,将热疗环境、测温序列、磁场漂移以及不均匀性等外界因素纳入到新的测温模型。通过动态相位差处理,极大的降低了运动引起的相位突变。根据实际温度与重建温度的偏差,使用反馈传播算法计算相位差补偿量,并与参考相位相结合计算出相位差修正量。改进测温序列,使用双极性多回波GRE序列进一步提高测温的时间利用率,推导GRAPPA欠采样重建算法,在保证图像图就较高峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)的前提下,实现数据的加速采集和重建。深入研究了重建图像所存在的噪声特性,采用非局部平均算法进行降噪处理计算处理后的图像数据所隐含的相位差,使用之前获得的相位差修正量对相位差进行修正最终计算出温度,实现磁共振测温。制作实验仿体、设计试验方案,对本文提出的测温模型进行验证。实验结果表明,基于GRAPPA算法的欠采样重建和非局部平均算法降噪处理可以获取较高信噪比的图像。本文测温模型使用双极性多回波GRE序列和常规梯度回波序列,在仿体和离体猪肉上进行测温实验,其最大温度偏差绝对值分别为1.07℃和1.15℃,在保证测温结果的前提上,加快测温的速度,对磁共振引导高强度聚焦超声热疗具有重要进步意义。


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