專利名稱：加速磁共振溫度成像的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振成像(MRI， Magnetic Resonance Imaging)技術(shù)，特別是涉及一種加 速磁共振(MR， Magnetic Resonance)溫度成像的方法和一種相應(yīng)的裝置。
背景技術(shù)：
MR監(jiān)控的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU， High Intensity Focused Ultrasound)治療系統(tǒng)中，HIFU 換能器，即HIFU治療頭，在治療水中向人體發(fā)射聚焦的超聲波，使病人體內(nèi)需要治療的部 分局部溫度增高，達(dá)到治療效果。MR溫度成像存在三個(gè)固有問(wèn)題時(shí)間平均效應(yīng)、時(shí)間分辨率和空間平均效應(yīng)。在設(shè)計(jì) MR溫度成像的加速方案時(shí)需要充分考慮這些問(wèn)題。通常，獲取K空間的數(shù)據(jù)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，即使只獲取一幅圖像，也需要大約幾秒鐘。 在采集過(guò)程中，加熱焦點(diǎn)附近的溫度是連續(xù)變化的，那么，在采集K空間數(shù)據(jù)的不同點(diǎn)的過(guò) 程中溫度是變化的。從重建圖像中得出的最終的溫度是釆集過(guò)程中所有實(shí)際溫度的近似，這 被稱為時(shí)間平均效應(yīng)。圖1是時(shí)間平均效應(yīng)的示意圖。圖1中的圓點(diǎn)是從重建圖像中測(cè)量的 溫度值，曲線是在一幅圖像的采集時(shí)間內(nèi)溫度變化的曲線。通常測(cè)量值更接近于在K空間的 中心采集的值。為了改善空間分辨率，同時(shí)保持FOV尺寸，需要更多的相位編碼步驟，從而需要更長(zhǎng)的 時(shí)間采集所有K空間數(shù)據(jù)。時(shí)間分辨率定義為采集兩個(gè)連續(xù)的K空間中心的時(shí)間跨度的倒數(shù)， 單個(gè)K空間的采集時(shí)間越長(zhǎng)，時(shí)間分辨率越差，這將很難捕捉到溫度的快速變化。圖2是時(shí) 間分辨率對(duì)捕捉溫度變化的影響。圖2中的曲線表示溫度變化，圓點(diǎn)表示采樣點(diǎn)。如圖2所 示，左圖中的時(shí)間分辨率較低，可見(jiàn)由于時(shí)間分辨率比較低，峰值溫度的數(shù)據(jù)被丟失了，右 圖中的時(shí)間分辨率較高，采集到了峰值溫度。每個(gè)MR圖像的像素代表物體的一定尺寸的體素。像素的信號(hào)是相應(yīng)體素內(nèi)多個(gè)微小信 號(hào)的和或積分。在熱切除術(shù)中，如果單個(gè)體素的尺寸大到接近加熱焦點(diǎn)的尺寸，溫度的空間 梯度比較顯著，將導(dǎo)致相位消除，從而導(dǎo)致測(cè)量溫度失真。圖3是空間平均效應(yīng)的示意圖。圖3中左圖為焦點(diǎn)所在的體素，箭頭所指為焦點(diǎn)；中圖為重建圖像中焦點(diǎn)所對(duì)應(yīng)像素的信號(hào)；右圖為焦點(diǎn)的實(shí)際信號(hào)。如圖3所示，由于像素尺寸只比超聲波的焦點(diǎn)尺寸稍大，則重建圖像中對(duì)應(yīng)像素的信號(hào)與超聲焦點(diǎn)的實(shí)際信號(hào)相差比較大?？臻g分辨率定義為體素尺寸的倒數(shù)。 需要改善準(zhǔn)確的溫度成像的空間分辨率。一般來(lái)說(shuō)，時(shí)間分辨率和空間分辨率是一對(duì)矛盾，無(wú)法同時(shí)改善時(shí)間分辨率和空間分辨率。對(duì)于給定的FOV來(lái)說(shuō)，較小的空間分辨率需要較長(zhǎng)的采集時(shí)間，因此時(shí)間分辨率會(huì)變差，而不會(huì)更好。因此，需要在兩種參數(shù)中作一個(gè)權(quán)衡。目前采用的幾種并行成像的技術(shù)需要規(guī)則地減少相位編碼線并通過(guò)后處理恢復(fù)丟失的數(shù) 據(jù)來(lái)進(jìn)行加速，以改善時(shí)間分辨率或者改善空間分辨率，無(wú)法同時(shí)獲得較好的時(shí)間分辨率和空間分辨率。這類方法存在兩個(gè)問(wèn)題首先是通過(guò)這些并行成像技術(shù)獲得的加速速率通常為 較為固定的一些離散值，而且加速系數(shù)的變化將導(dǎo)致圖像質(zhì)量的嚴(yán)重波動(dòng)；其次是不穩(wěn)定， 用于并行成像的線圈單元排列粗糙、物體位置不當(dāng)?shù)瓤赡軐?dǎo)致重建圖像中出現(xiàn)嚴(yán)重的殘留偽 影(residual artifect)。如果殘留偽影覆蓋了加熱焦點(diǎn)會(huì)造成溫度計(jì)算誤差較大，從而給H1FU 治療帶來(lái)非常嚴(yán)重的后果。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種加速M(fèi)R溫度成像的方法，用來(lái)使MR溫度成像兼具較 好的時(shí)間分辨率和空間分辨率。本發(fā)明的另一目的在于提供一種與上述加速M(fèi)R溫度成像的方法相應(yīng)的裝置。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種加速磁共振MR溫度成像的方法，應(yīng)用于MR監(jiān)控的 高強(qiáng)度聚焦超聲HIFU治療中，其包括在MR溫度成像過(guò)程中，確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度 變化；根據(jù)所述焦點(diǎn)處的溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率；根據(jù)所確定的理想加 速速率調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)采樣；重建采樣得到的數(shù)據(jù)，得到溫度圖像。其中，所述根據(jù)溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率包括在溫度變化快的情況下，確定較高速率作為理想加速速率；在溫度變化慢的情況下，確定較低速率作為理想加速 速率。其中，在相位編碼方向上，K空間被分為若干個(gè)區(qū)段，所述根據(jù)所確定的理想加速速率 調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)采樣包括根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K空間變密度采樣的區(qū) 段劃分和各區(qū)段的加速系數(shù)。其中，所述根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K空間變密度采樣的區(qū)段劃分和各區(qū)段的加 速系數(shù)包括在溫度變化快的情況下，減少加速系數(shù)較低的區(qū)段的大小和/或增加外部區(qū)段的 加速系數(shù)；在溫度變化慢的情況下，增加加速系統(tǒng)較低的區(qū)段的大小和/或降低外部區(qū)段的加 速系數(shù)。其中，所述根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)釆樣包括如果在多個(gè) 連續(xù)幀中應(yīng)用相同的理想加速速率，對(duì)所述多個(gè)連續(xù)幀中的相位編碼線進(jìn)行交錯(cuò)采樣。 所述方法還包括在重建采樣得到的數(shù)據(jù)之前，在K空間的頻率編碼方向應(yīng)用離散傅立葉逆變換，選擇包 含感興趣區(qū)的相位編碼線用于重建；則所述重建采樣得到的數(shù)據(jù)包括重建在所述感興趣區(qū) 中的相位編碼線采樣得到的數(shù)據(jù)。其中，所述重建釆樣得到的數(shù)據(jù)包括采用回波共享方法和/或迭代AV方法來(lái)重建采樣 得到的數(shù)據(jù)。其中，所述根據(jù)成像需求，采用回波共享方法或迭代方法來(lái)重建采樣得到的數(shù)據(jù)包 括在需要實(shí)時(shí)更新溫度圖像的情況下，采用回波共享方法重建所述采樣得到的數(shù)據(jù)；在需 要進(jìn)行熱劑量估計(jì)的情況下，采用迭代/U方法重建所述采樣得到的數(shù)據(jù)；在既需要實(shí)時(shí)更新 溫度圖像又需要進(jìn)行熱劑量估計(jì)的情況下，同時(shí)采用回波共享方法和迭代方法重建所述采 樣得到的數(shù)據(jù)。其中，所述確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化包括預(yù)先估計(jì)超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化。 其中，所述確定焦點(diǎn)的溫度變化包括定時(shí)反饋從重建圖像中得到的焦點(diǎn)處的溫度值；根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)焦點(diǎn)處的溫度值的變化預(yù)測(cè)后續(xù)的溫度變化。其中，所述定時(shí)反饋從重建圖像中得到的焦點(diǎn)處的溫度值包括在焦點(diǎn)處的溫度值變化較大時(shí)，減小從重建圖像中得到的焦點(diǎn)處的溫度值的反饋周期；在焦點(diǎn)處的溫度值變化不大時(shí)，增大從重建圖像中得到的焦點(diǎn)處的溫度值的反饋周期。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種加速磁共振MR溫度成像的裝置，應(yīng)用于MR監(jiān)控 的高強(qiáng)度聚焦超聲HIFU治療中，其包括加速速率確定單元，用于在MR溫度成像過(guò)程中 確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化，并根據(jù)所述焦點(diǎn)處的溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速 速率；信號(hào)處理單元，用于根據(jù)所述加速速率確定單元所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的 變密度數(shù)據(jù)采樣，并重建采樣得到的數(shù)據(jù)，得到溫度圖像。其中，所述加速速率確定單元包括溫度變化確定模塊，用于在MR溫度成像中確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化；加速速率確定模塊，用于根據(jù)所述溫度變化確定模塊確定的所述溫 度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率。其中，所述信號(hào)處理單元包括數(shù)據(jù)采樣模塊，用于根據(jù)所述加速速率確定單元所確定 的理想加速速率調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)采樣；數(shù)據(jù)重建模塊，用于對(duì)所述數(shù)據(jù)采樣模塊采 集的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到溫度圖像。所述裝置還包括溫度反饋單元，用于定時(shí)將從重建圖像中測(cè)量的焦點(diǎn)處的溫度值反饋 至所述加速速率確定單元；所述加速速率確定單元根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)所述溫度反饋單元反饋的 溫度值確定所述溫度變化。所述裝置還包括溫度反饋控制單元，用于控制所述溫度反饋單元向所述加速速率確定 單元反饋溫度值的周期。從以上的技術(shù)方案可以看出，采用了本發(fā)明的方案，由于根據(jù)超聲波焦點(diǎn)的溫度變化來(lái) 確定加速速率，并調(diào)整K空間VD數(shù)據(jù)采樣，提高了加速M(fèi)R溫度成像的能力，兼具較好的 時(shí)間分辨率和空間分辨率，具有較高的靈活性和穩(wěn)定性。此外，由于可以在兩種重建方法中 靈活選擇重建方法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，兼顧了數(shù)據(jù)重建的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，能夠根據(jù)實(shí)際 需求達(dá)到最佳的重建效果，使本發(fā)明的方案更加可行。


下面將通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本 發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是MR溫度成像中時(shí)間平均效應(yīng)的示意圖；圖2是MR溫度成像中時(shí)間分辨率對(duì)捕捉溫度變化的影響的示意圖；圖3是MR溫度成像中空間平均效應(yīng)的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的加速M(fèi)R溫度成像的方法流程圖；圖5是K空間變密度(VD， Variable-Density)采樣的示意圖；圖6是在相鄰幾幀中相位編碼交錯(cuò)采樣的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的加速M(fèi)R溫度成像的裝置結(jié)構(gòu)圖；圖8示出了如何在溫度變化快時(shí)通過(guò)在時(shí)域空間中的可變采樣補(bǔ)償^f相關(guān)性；圖9是用光纖溫度測(cè)量計(jì)測(cè)量到的一例實(shí)際的HIFU加熱溫度變化過(guò)程曲線；圖IO是仿真測(cè)試中模擬的牛肝臟的一幅加熱圖像；圖11是仿真測(cè)試中釆用K空間全采樣的模式得到的溫度變化捕獲結(jié)果示意圖； 圖12是仿真測(cè)試中采用變密度采樣的模式得到的溫度變化捕獲結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。本發(fā)明提出的加速M(fèi)R溫度成像的方案，即在溫度成像過(guò)程中，根據(jù)焦點(diǎn)處的溫度變化 確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率，根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的VD采樣，然 后對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。優(yōu)選地，在對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重建時(shí)，根據(jù)不同的成像需求交替使 用兩種重建方法。圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的加速M(fèi)R溫度成像的方法流程圖。從圖4可見(jiàn)，在本實(shí)施 例中，加速M(fèi)R溫度成像的方法大致包括如下步驟步驟S401:根據(jù)對(duì)溫度變化的預(yù)計(jì)情況確定后續(xù)數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率。當(dāng)一組幀的理想的加速速率可以事先確定，例如當(dāng)溫度變化大體能夠預(yù)知或控制時(shí)，預(yù) 先估計(jì)溫度變化，然后根據(jù)該預(yù)先估計(jì)的溫度變化確定一個(gè)固定的加速速率。理想的加速速率也可以實(shí)時(shí)確定。例如，利用通過(guò)計(jì)算歷史溫度變化(例如通過(guò)回波共 享方法反饋的溫度值)，然后利用一段時(shí)間內(nèi)的溫度值的變化預(yù)測(cè)后續(xù)的溫度變化情況。根據(jù) 該預(yù)測(cè)結(jié)果，適應(yīng)性地調(diào)整后續(xù)數(shù)據(jù)采集所需的加速速率。這尤其適用于捕捉斜率較大的溫 度變化曲線的目的。步驟S402:根據(jù)所確定的理想加速速率進(jìn)行K空間VD (VD， Variable-Density,空間變密度)數(shù)據(jù)采樣。首先介紹K空間VD采樣，在相位編碼方向上，K空間被分為幾個(gè)區(qū)段。圖5是K空間 VD采樣技術(shù)的示意圖。如圖5所示，假設(shè)將K空間分為5個(gè)區(qū)段R-2， R-!， Rq， R,， R2， Ro位于K空間的中心。在R^和r2中，采集四個(gè)相位編碼線中的一個(gè)，因此加速系數(shù)是4。 類似地，在R-!和R!，加速系數(shù)是2。 Ro被全部采樣。加速系數(shù)從K空間的內(nèi)部向外部增加。根據(jù)溫度的變化速度調(diào)整區(qū)段劃分以及相應(yīng)的加速系數(shù)。例如，當(dāng)溫度改變較快時(shí)，可 通過(guò)減少加速系數(shù)較低的區(qū)段的大小和/或增加外部區(qū)段的加速系數(shù)來(lái)進(jìn)一步減少相位編碼線，從而獲得更高的時(shí)間分辨率。反之，當(dāng)溫度變化比較平緩時(shí)，相反的調(diào)整可達(dá)到更高的 SNR (或重建圖像的更高質(zhì)量)。如果相同的K空間VD采樣模式應(yīng)用在幾個(gè)連續(xù)的幀中，這 些幀中的相位編碼線可以被交錯(cuò)采樣。圖6示出的是交錯(cuò)采樣的一個(gè)示例。如圖6所示，橫軸為相位編碼方向，縱軸為時(shí)間軸，在時(shí)間軸上相鄰幾幀的相位編碼線上所采樣的信號(hào)是交 錯(cuò)排列的。步驟S403:根據(jù)實(shí)際需要交替或同時(shí)使用兩種重建方法進(jìn)行重建，得到溫度圖像。首先，可以在頻率編碼方向應(yīng)用離散傅立葉逆變換(IDFT， Inverse Discrete Fourier Transform),然后選擇包含感興趣區(qū)的相位編碼線用于重建。以避免重建整個(gè)圖像，這可節(jié) 省相當(dāng)一部分不必要的工作。所述兩種重建方法包括回波共享(Echo Sharing)方法和迭代"(Iterative")方法?；夭ü蚕矸椒ㄍㄟ^(guò)在相鄰幾幀中共享數(shù)據(jù)，用于需要實(shí)時(shí)更新溫度圖像和/或溫度反饋的 情況，采用回波共享方法，重建速度快，但獲得的重建精度較低。迭代h夂方法可提供(精度？) 更高的重建，在需要熱劑量估計(jì)時(shí)，采用迭代/^方法有助于精確地估計(jì)熱劑量，但其計(jì)算速 度非常低。由于這兩種方法互相補(bǔ)償，因此兩者的適當(dāng)?shù)倪x擇或者結(jié)合能夠提供比較強(qiáng)大的 性能。兩種重建方法的選擇主要取決于計(jì)算負(fù)載。如果迭代/^方法無(wú)法在給定時(shí)間完成工作， 則優(yōu)選回波共享方法。應(yīng)該理解，如果同時(shí)需要實(shí)時(shí)更新的溫度圖像和準(zhǔn)確重建，可以同時(shí) 使用兩種重建方法進(jìn)行重建，兩者的結(jié)合能夠提供更強(qiáng)大的性能。另外，在本發(fā)明中，也可以引入溫度控制機(jī)制，并通過(guò)溫度控制機(jī)制來(lái)控制特定幀的理 想的加速速率，獲得可變的反饋速率。例如，在溫度變化斜率較大的上升沿，需要快速的反 饋來(lái)避免嚴(yán)重的過(guò)沖(overshoot),此時(shí)溫度控制機(jī)制可任意調(diào)整溫度反饋的速率，以通過(guò)設(shè) 置加速速率來(lái)優(yōu)化性能。圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的加速M(fèi)R溫度成像的裝置結(jié)構(gòu)圖。從圖7可以看出，在本 實(shí)施例中，加速M(fèi)R溫度成像的裝置主要包括加速速率確定單元701和信號(hào)處理單元702。 加速速率確定單元701在MR溫度成像過(guò)程中確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化，并根據(jù)焦點(diǎn)處 的溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率;信號(hào)處理單元702根據(jù)加速速率確定單元701 所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的VD數(shù)據(jù)采樣，并重建采樣得到的數(shù)據(jù)，得到溫度圖像。加速速率確定單元701包括溫度變化確定模塊7011和加速速率確定模塊7012，其中 溫度變化確定模塊7011在MR溫度成像中確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化；加速速率確定模塊 7012，用于根據(jù)溫度變化確定模塊7021確定的溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率。信號(hào)處理單元702包括數(shù)據(jù)采樣模塊7021和數(shù)據(jù)重建模塊7022，其中數(shù)據(jù)釆樣模塊 7021根據(jù)加速速率確定單元701所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的VD數(shù)據(jù)采樣；數(shù)據(jù)重 建模塊7022對(duì)所述數(shù)據(jù)采樣模塊7021采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到溫度圖像。優(yōu)選地，該裝置還包括溫度反饋單元703，用于定時(shí)將從重建圖像中測(cè)量的焦點(diǎn)處的溫 度值反饋至加速速率確定單元701;加速速率確定單元701根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)溫度反饋單元703 反饋的溫度值確定溫度變化。優(yōu)選地，該裝置還包括溫度反饋控制單元704，用于控制溫度反饋單元703向加速速率 確定單元701反饋溫度值的周期。本發(fā)明的方案具體以下優(yōu)點(diǎn)高加速能力通過(guò)利用A^空間的冗余并結(jié)合迭代hr方法，該新的加速方案可達(dá)到比其 他僅在k空間或時(shí)域空間的方法更高的加速速率，同時(shí)保持相同的空間分辨率；高靈活性如果相同的K空間采樣模式既應(yīng)用在快速變化時(shí)間和慢速變化時(shí)間，存在兩 個(gè)問(wèn)題中的一種或兩種 一方面，時(shí)間精度太粗，以至于無(wú)法有效捕捉溫度曲線；另一方面， 由于在慢速變化時(shí)間內(nèi)過(guò)分加速，重建圖像會(huì)出現(xiàn)不必要的SNR損失或準(zhǔn)確度損失。本發(fā)明 的方案中采用的VD采樣模式可根據(jù)溫度變化速度適應(yīng)性地調(diào)整加速速度。與現(xiàn)行的并行成 像技術(shù)相比，本發(fā)明的方案可以獲得連續(xù)變化的加速速率，從而避免加速速率的調(diào)整而引起 較大的重建精度的波動(dòng)?？尚行造`活地結(jié)合兩種重建方法，使本發(fā)明更可行， 一方面，回波共享方法適用于實(shí)時(shí)更新的情況，但準(zhǔn)確度低；另一方面，因?yàn)榈鶤-r方法的一次重建需要大量幀，計(jì)算負(fù)載 顯著，很難用于實(shí)時(shí)監(jiān)視。然而，迭代h/方法比回波共享方法提供更精確的重建圖像。VD 采樣模式和這兩種重建方法的結(jié)合使得本發(fā)明的方案更可行；高穩(wěn)定性在臨床醫(yī)療應(yīng)用中，超聲加熱監(jiān)視中的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。通常，大多數(shù)表示變化信號(hào)的能量聚焦在動(dòng)態(tài)成像中K空間的中心，因此中心部分?jǐn)?shù)據(jù)在穩(wěn)定和準(zhǔn)確重建 中起特殊作用。然而，--些并行成像(Parallel Imaging)技術(shù)在均勻的K空間中采樣。不合 適的校準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的殘留偽影出現(xiàn)在重建圖像中。與這些技術(shù)不同，本發(fā)明的方案可工作 在靈活的K空間采樣模式下，通過(guò)在K空間的中心進(jìn)行大量的更密的采樣，本發(fā)明的方案與 現(xiàn)有方案相比能夠避免在重建圖像中產(chǎn)生嚴(yán)重的殘余偽影，提供更準(zhǔn)確穩(wěn)定的結(jié)果；/U相關(guān)性高與時(shí)域空間的均勻采樣不同，VD采樣模式中，時(shí)間分辨率可根據(jù)溫度變 化速度改變，因此由于快速溫度變化導(dǎo)致的下降的h/相關(guān)性可通過(guò)時(shí)間分辨率的增加得到補(bǔ)償，這有助于進(jìn)一步改善準(zhǔn)確性。圖8示出了如何在溫度變化快時(shí)通過(guò)在時(shí)域空間中的可變 采樣補(bǔ)償h/相關(guān)性。圖8的左上圖為時(shí)域均勻采樣的曲線，左下圖為時(shí)域均勻采樣所獲得的 溫度序列；右上圖為時(shí)域VD采樣的曲線，右下圖為時(shí)域VD采樣所獲得的溫度序列。從圖8 中時(shí)域均勻采樣和時(shí)域VD采樣所得到的溫度序列的比較來(lái)看，采用時(shí)域VD采樣，由于改 善了時(shí)間分辨率，其所獲得的溫度序列的變化速率降低；溫度控制機(jī)制得到改善VD采樣為溫度控制器提供了可控的反饋速率，以改善其性能， 同時(shí)得到快速的溫度變化，溫度控制器可以任意根據(jù)特定目的調(diào)整反饋速率，雖然需要在精 度和速度之間進(jìn)行一些權(quán)衡。下面介紹本發(fā)明方案的仿真測(cè)試結(jié)果。 溫度模型-從相位圖像中提取溫度變化 釋，力=A麵<formula>formula see original document page 12</formula>此處，A^O，W是溫度變化，A^"，力是MR圖像中兩幀的相對(duì)相位變化，^是常數(shù)， L-0.01ppm/QC, Z是磁化率系數(shù)，B0是靜磁場(chǎng)強(qiáng)度，TE是溫度序列的回波時(shí)間。 溫度的空間分布模型<formula>formula see original document page 12</formula>此處，,(,)是超聲的焦點(diǎn)溫度變化的函數(shù)，為了簡(jiǎn)化，設(shè)置CTY和(T、,作為加熱過(guò)程中的常數(shù)。通過(guò)光纖溫度測(cè)量法在HIFU超聲的加熱過(guò)程中測(cè)量焦點(diǎn)附近的722個(gè)溫度值。采樣率 是每秒1個(gè)。圖9是用光纖溫度測(cè)量計(jì)測(cè)量到的HIFU加熱溫度變化過(guò)程曲線。所采用的fGRE 序列的參數(shù)是TR=70ms， TE=10ms。表示一秒中只能應(yīng)用14個(gè)相位編碼步驟，在722秒中 總共應(yīng)用722x14個(gè)相位編碼步驟。應(yīng)用相位編碼時(shí)，在線性插值之后，每個(gè)數(shù)據(jù)表示近似溫度值，在插值之后使用這些數(shù)據(jù)作為/(^)。 仿真加熱區(qū)域由fGRE溫度序列采集的浸在水中的牛的肝臟磁共振圖像作為參考圖像。通過(guò)公式(2)計(jì)算出的變化的空間溫度輪廓通過(guò)公式(1)轉(zhuǎn)換為相位輪廓并覆蓋在磁共振圖像上，以仿真 加熱過(guò)程。圖IO示出了一幅加熱圖像。通過(guò)DFT (Discrete Fourier Transform,離散傅立葉變 換)將這些圖像轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)。位于圖10中心的矩形組織是牛的肝臟，環(huán)繞牛肝臟的水的 信號(hào)密度較低。模擬的加熱區(qū)域位于牛肝臟的中心箭頭所示的位置。幾點(diǎn)假設(shè)a) 溫度在采集單個(gè)相位編碼線時(shí)不變，因此體模在722秒中具有總共722x14種狀態(tài)。 加熱區(qū)域的相位信息可逆地從其溫度中計(jì)算出來(lái)；b) 圖像矩陣為256x256,表示需要256個(gè)相位編碼線進(jìn)行全采樣。仿真測(cè)試的目的是測(cè)試時(shí)間分辨率如何影響快速溫度變化的捕捉能力以及回波共享和迭 代方法交替使用的可行性。在仿真時(shí)，在K空間全采樣，驗(yàn)證捕獲溫度變化的能力(總共采集I6幀，4096條相位 編碼線)。仿真結(jié)果顯示在圖11中。圖11中，粗實(shí)線表示真實(shí)的溫度變化，細(xì)實(shí)線表示采集K空間中心的時(shí)間點(diǎn)，虛線表 示測(cè)量的溫度，該虛線是利用從采集的16幀數(shù)據(jù)中重建得到的16個(gè)溫度值的線性插值擬合 而成的。從圖ll可得到幾個(gè)結(jié)論a)重建MR圖像的測(cè)量值近似于采集K空間時(shí)的溫度值；b) 由于低時(shí)間分辨率，快速變化曲線無(wú)法有效捕獲，如粗實(shí)線和虛線之間的差別。采用本發(fā)明的方案，將自適應(yīng)VD采樣應(yīng)用于捕獲溫度變化(總共16幀，2516相位編 碼線)。仿真結(jié)果顯示在圖12中。圖12中，粗實(shí)線表示真實(shí)的溫度變化，細(xì)實(shí)線表示采集K空間中心的時(shí)間點(diǎn)，三角和 虛線表示測(cè)量的溫度，其中，三角表示從回波共享方法重建的圖像中測(cè)量的溫度，虛線表示 從迭代hf方法重建的圖像中測(cè)量的溫度。比較圖12和圖11，兩種采樣模式都在低變化時(shí)間內(nèi)達(dá)到高圖像質(zhì)量，然而本發(fā)明的VD 采樣可以適應(yīng)性地調(diào)整時(shí)間分辨率以捕獲快速的溫度變化，而全采樣模式損失了這些信息。 圖12也顯示出本發(fā)明的重建方法的可行性和準(zhǔn)確度。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原 則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種加速磁共振MR溫度成像的方法，應(yīng)用于MR監(jiān)控的高強(qiáng)度聚焦超聲HIFU治療中，其特征在于，包括在MR溫度成像過(guò)程中，確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化；根據(jù)所述焦點(diǎn)處的溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率；根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)采樣；以及重建采樣得到的數(shù)據(jù)，得到溫度圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的 理想加速速率包括在溫度變化快的情況下，確定較高速率作為理想加速速率；在溫度變化慢的情況下，確定較低速率作為理想加速速率。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在相位編碼方向上，K空間被分為若干 個(gè)區(qū)段，所述根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)采樣包括根據(jù)所確定的理想加速速率，調(diào)整K空間變密度采樣的區(qū)段劃分和各區(qū)段的加速系數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K 空間變密度采樣的區(qū)段劃分和各區(qū)段的加熱系數(shù)包括在溫度變化快的情況下，減少加速系數(shù)較低的區(qū)段的大小和/或增加外部區(qū)段的加速系數(shù)；在溫度變化慢的情況下，增加加速系統(tǒng)較低的區(qū)段的大小和/或降低外部區(qū)段的加速系數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)采樣包括如果在多個(gè)連續(xù)幀中應(yīng)用相同的理想加速速率，對(duì)所述多個(gè)連續(xù)幀中的相位編碼線進(jìn)行 交錯(cuò)采樣。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在重建采樣得到的數(shù)據(jù)之前，在K空間的頻率編碼方向應(yīng)用離散傅立葉逆變換，選擇包 含感興趣區(qū)的相位編碼線用于重建；所述重建采樣得到的數(shù)據(jù)包括重建在所述感興趣區(qū)中的相位編碼線采樣得到的數(shù)據(jù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述重建采樣得到的數(shù)據(jù)包括-采用回波共享方法和/或迭代lf方法來(lái)重建采樣得到的數(shù)據(jù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用回波共享方法或迭代/W方法來(lái) 重建采樣得到的數(shù)據(jù)包括在需要實(shí)時(shí)更新溫度圖像的情況下，采用回波共享方法重建所述采樣得到的數(shù)據(jù)；在需要進(jìn)行熱劑量估計(jì)的情況下，采用迭代^ 方法重建所述采樣得到的數(shù)據(jù)；在既需要實(shí)時(shí)更新溫度圖像又需要進(jìn)行熱劑量估計(jì)的情況下，同時(shí)采用回波共享方法和 迭代lf方法重建所述采樣得到的數(shù)據(jù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化包括 預(yù)先估計(jì)超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定焦點(diǎn)的溫度變化包括 定時(shí)反饋從重建圖像中得到的焦點(diǎn)處的溫度值； 根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)焦點(diǎn)處的溫度值的變化預(yù)測(cè)后續(xù)的溫度變化。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述定時(shí)反饋從重建圖像中得到的焦 點(diǎn)處的溫度值包括在焦點(diǎn)處的溫度值變化較大時(shí)，減小從重建圖像中得到的焦點(diǎn)處的溫度值的反饋周期； 在焦點(diǎn)處的溫度值變化不大時(shí)，增大從重建圖像中得到的焦點(diǎn)處的溫度值的反饋周期。
12、 一種加速磁共振MR溫度成像的裝置，應(yīng)用于MR監(jiān)控的高強(qiáng)度聚焦超聲HIFU治療中，其特征在于，包括加速速率確定單元(701)，用于在MR溫度成像過(guò)程中確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化， 并根據(jù)所述焦點(diǎn)處的溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率；信號(hào)處理單元(702)，用于根據(jù)所述加速速率確定單元(701)所確定的理想加速速率 調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)采樣，并重建采樣得到的數(shù)據(jù)，得到溫度圖像。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述加速速率確定單元(701)包括 溫度變化確定模塊(7011)，用于在MR溫度成像中確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化； 加速速率確定模塊(7012)，用于根據(jù)所述溫度變化確定模塊(7021)確定的所述溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元(702)包括數(shù)據(jù)采樣模塊(7021)，用于根據(jù)所述加速速率確定單元(701)所確定的理想加速速率 調(diào)整K空間的變密度數(shù)據(jù)采樣；數(shù)據(jù)重建模塊(7022)，用于對(duì)所述數(shù)據(jù)采樣模塊(7021)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到 溫度圖像。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括溫度反饋單元(703),用于定時(shí)將從重建圖像中測(cè)量的焦點(diǎn)處的溫度值反饋至所述加速速率確定單元(701);所述加速速率確定單元(701)根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)所述溫度反饋單元(703)反饋的溫度值 確定所述溫度變化。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括溫度反饋控制單元(704)，用于控制所述溫度反饋單元(703)向所述加速速率確定單 元(701)反饋溫度值的周期。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種加速M(fèi)R溫度成像的方法，應(yīng)用于MR監(jiān)控的高強(qiáng)度聚焦超聲HIFU治療中，其包括在MR溫度成像過(guò)程中，確定超聲波焦點(diǎn)處的溫度變化；根據(jù)所述焦點(diǎn)處的溫度變化確定數(shù)據(jù)采集所需的理想加速速率；根據(jù)所確定的理想加速速率調(diào)整K空間的變密(VD)度數(shù)據(jù)采樣；重建采樣得到的數(shù)據(jù)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種加速M(fèi)R溫度成像的裝置。采用了本發(fā)明的方法和裝置，由于根據(jù)超聲波焦點(diǎn)的溫度變化來(lái)確定加速速率，并調(diào)整K空間VD數(shù)據(jù)采樣，提高了加速M(fèi)R溫度成像的能力，兼顧較好的時(shí)間分辨率和空間分辨率，具有較高的靈活性、可行性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01R33/48GK101273891SQ20071006491
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者周曉東, 強(qiáng) 張, 李國(guó)斌, 鐘耀祖 申請(qǐng)人:西門子(中國(guó))有限公司