一种基于k空间能谱分析的磁共振温度修正方法及系统与流程

本发明涉及一种磁共振测温技术，尤其是涉及一种基于k空间能谱分析的磁共振温度修正方法及系统。

背景技术：

磁共振引导的相控型聚焦超声技术作为一种无创的治疗手段，可用于子宫肌瘤、特发性震颤等疾病的热消融治疗。整个系统中，聚焦超声利用超声的组织穿透性，多束超声共同聚焦于被治疗的区域，在焦点处产生足以杀死细胞的温升来达到治疗的目的；磁共振扫描可对焦点层面成像，获取温升所造成的组织特性变化信息来测量实际的温度，以监控整个热治疗过程，确保治疗的安全性。目前，基于质子共振频率变化的磁共振测温方法被广泛的应用于临床上热治疗的温度监控。研究表明，温度的变化会造成氢核(即质子)共振频率的改变，在3t的磁场强度下，温度每升高1℃，共振频率偏移约1.28hz。结合成像的回波时间te，最终的温度变化信息可映射到磁共振的相位图上，即共振频率的偏移量乘以回波时间te表示图像中焦点位置的相位变化。图像的相位变化与温升即形成对应关系，磁共振扫描所获相位图就可以帮助测量温度的变化。回波时间te在该温度测量方法中发挥着极其重要的作用，准确的回波时间可以帮助获得正确的温度变化。

然而，回波时间te易受磁共振主磁场b0不均性的影响。b0的不均性主要表现为在图像上存在局部变化的场强梯度，磁场的场强梯度在磁共振相位图上会表现为在空间上分布的相位梯度。根据傅立叶变换的频移性质，相位的梯度变化在频谱上会变现为频谱中心的偏移。因此，在磁共振的k空间上，这种b0的不均匀性会造成k空间回波中心的偏移。理论上使用者在操作磁共振机器时输入的回波时间te应当对应到k空间的回波中心处，但由于b0不均匀性的存在，k空间的回波中心会偏离理论的回波中心处，也就是会造成实际的回波时间te不等于用使用者的预设值。这种情况下，如果在计算温度时仍以理论的te值代入，必然会造成测量的温度错误。

目前解决上述问题的方法主要为基于磁共振双路回波序列的修正方法以及基于场强梯度图的修正方法，基于磁共振双路回波序列的修正方法需要对常规扫描序列进行再编程，操作繁琐，且双路回波序列所采集的额外信息必然增加扫描时间，降低温度监控的时间分辨率；基于场强梯度图的修正方法与本方法相比，在噪声鲁棒性上表现不佳。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于k空间能谱分析的磁共振温度修正方法及系统，计算简便，效率高，鲁棒性好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于k空间能谱分析的磁共振温度修正方法，具体为：

沿频率编码方向或相位编码方向在磁共振的k空间数据矩阵上逐行填充零值，所述的k空间的编码数为64、128或256，每填充一行零值后均对填充后的k空间数据矩阵进行一次傅立叶反变换，对应获得一张重构图像；

根据每个像素点在所有重构图像中的像素强度以及填充零值的行数绘制像素强度变化曲线图，所述的像素点的像素强度降低50％处的填充零值的行数为n1，位于k空间数据矩阵正中间的行数为n0，修正序列的回波时间te，获得实际回波时间修正公式为：

δn＝n1-n0

其中，bw为带宽，δn为行数差，te为序列的回波时间，δte为回波误差；

根据各个像素点的计算对应的修正后的温度变化值δt；

质子共振频率的变化直接表现为重构图像上相位的变化，从相位变化计算温度变化，所述的δt的计算公式为：

其中，为相位差，α为质子共振频率变化系数，b0为主磁场磁感应强度，γ为氢质子旋磁比。

一种基于k空间能谱分析的磁共振温度修正系统，包括：

图像重构模块，用于沿频率编码方向或相位编码方向在k空间数据矩阵上逐行填充零值，所述的k空间的编码数为64、128或256；

在磁共振的k空间数据矩阵上逐行填充零值，每填充一行零值后均对填充后的k空间数据矩阵进行一次傅立叶反变换，对应获得一张重构图像；

曲线绘制模块，用于根据每个像素点在所有重构图像中的像素强度以及填充零值的行数绘制像素强度变化曲线图，根据该曲线获得回波误差δte；

误差修正模块，用于根据δte修正序列的回波时间te，获得实际回波时间

温差计算模块，根据计算各个像素点对应的修正后的温度变化值δt；

修正公式为：

δn＝n1-n0

其中，n1为像素点的像素强度降低50％处的填充零值的行数，n0为位于k空间数据矩阵正中间的行数，bw为带宽，δn为行数差。

进一步地，所述的δt的计算公式为：

其中，为相位差，α为质子共振频率变化系数，b0为主磁场磁感应强度，γ为氢质子旋磁比。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

本发明对在k空间数据矩阵上逐行填充零值，再进行反傅里叶变换，获得重构图，绘制像素强度变化曲线图，根据该图获取回波误差，并用以修正回波时间，获得实际回波时间，根据实际回波时间计算温度变化，计算简便且效率高，不会降低磁共振扫描的时间分辨率，应用于多噪声的图像时鲁棒性强，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为均匀磁场下原始的k空间的像素强度图；

图3为原始的k空间数据矩阵的反傅里叶变换重构图；

图4为图2填充零值未过半的示意图；

图5为图4的反傅里叶变换重构图；

图6为图2填充零值过半的示意图；

图7为图6的反傅里叶变换重构图；

图8为均匀磁场下的像素强度变化曲线图；

图9为非均匀磁场下原始的k空间的像素强度图；

图10为非均匀磁场下的像素强度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种基于k空间能谱分析的磁共振温度修正方法，如图1，具体为：

401)磁共振对焦点所在层面进行扫描，获得原始的k空间数据矩阵；

402)沿频率编码方向或相位编码方向在磁共振的k空间数据矩阵上逐行填充零值，所述的k空间的编码数为64、128或256；

403)每填充一行零值后均对填充后的k空间数据矩阵进行一次傅立叶反变换，对应获得一张重构图像；

404)根据每个像素点在所有重构图像中的像素强度以及填充零值的行数绘制像素强度变化曲线图，所述的像素点的像素强度降低50％处的填充零值的行数为n1，位于k空间数据矩阵正中间的行数为n0；

405)计算实际回波时间计算公式为：

δn＝n1-n0

其中，bw为带宽，δn为行数差，te为序列的回波时间，δte为回波误差；

406)根据各个像素点的计算对应的温度变化值δt；

磁共振的温度测量主要是通过组织参数受温度变化而变化的特性进行成像，并利用这些参数变化在图像上的响应映射温度的变化，质子共振频率的变化直接表现为重构图像上相位的变化，3t的磁场强度下，每1℃的温度变化可造成1.28hz的共振频率变化，根据相位变化计算温度变化，所述的δt的计算公式为：

其中，为相位差，α为质子共振频率变化系数，b0为主磁场磁感应强度，γ为氢质子旋磁比。

如图1，回波中心是k空间上像素强度最高的像素点，理想情况下磁场完全均匀，如图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，进行k空间能谱分析，回波中心位于k空间中心处，像素强度降低50％处对应的位置在k空间中心，即填充零值的行数正好位于k空间数据矩阵正中间；

如图9和图10，空间上设有0.308mt/m的梯度磁场，空间上梯度变化的磁场会导致回波偏移，回波中心偏离k空间中心，像素强度降低50％处有明显的偏移，即δte。

实施例2

与实施例1对应的一种基于k空间能谱分析的磁共振温度修正系统，包括：

图像重构模块，用于沿频率编码方向或相位编码方向在k空间数据矩阵上逐行填充零值，沿频率编码方向即在梯度回波序列中逐行填充零值，沿相位编码方向即在平面回波序列中逐行填充零值，所述的k空间的编码数为128；

在磁共振的k空间数据矩阵上逐行填充零值，每填充一行零值后均对填充后的k空间数据矩阵进行一次傅立叶反变换，对应获得一张重构图像，最终获得128张新的k空间图像以及128张重构图像；

曲线绘制模块，用于根据每个像素点在所有重构图像中的像素强度以及填充零值的行数绘制像素强度变化曲线图，根据该曲线获得回波误差δte；

误差修正模块，用于根据δte修正序列的回波时间te，获得实际回波时间

温差计算模块，根据计算各个像素点对应的温度变化值δt；

所述的的计算公式为：

δn＝n1-n0

其中，n1为像素点的像素强度降低50％处的填充零值的行数，n0为位于k空间数据矩阵正中间的行数，bw为带宽，δn为行数差。

进一步地，所述的δt的计算公式为：

其中，为相位差，α为质子共振频率变化系数，b0为主磁场磁感应强度，γ为氢质子旋磁比。

实施例1和实施例2提出了一种基于k空间能谱分析的磁共振温度修正方法及系统，通过计算出图像上每一个像素点的实际回波中心位置和位置偏移大小，进而计算出空间上每一个像素的回波时间的偏差，空间上实际回波时间等于序列的回波时间te与回波时间的偏差的和，使用实际的回波时间计算温度，即可得到正确的温度变化，实现温度的校正。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

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