针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法

技术领域

本申请涉及磁共振技术领域，尤其涉及一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法。

背景技术

磁共振成像测温技术不仅能够得到三维高质量温度图，还能够同时得到高分辨率的断面图作为底图来确定消融目标位置，因此是一种比较理想的术中温度监控方式。

由于水质子共振频率(Proton Resonance Frequency，PRF)与较大范围内的温度线性相关，常被作为温度测量参数。现有技术中，基于PRF的磁共振温度成像技术，例如相位相减法，根据至少两次扫描结果得到的相位信息的差值，依据相位信息的差值与温度的线性关系，计算得到温度的测量结果，对于肌肉组织等含水较多的组织(简称为水组织)的温度测量能够得到准确的测量结果。

然而，在脂肪组织较多时，由于容易受到磁化率以及脂肪分子特性的影响，得到的温度测量结果往往存在极大的误差。

发明内容

本申请提供一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法，能够在目标对象同时存在水组织和脂肪组织时，对目标对象的温度进行准确的测量。

第一方面，本申请实施例提供一种磁共振温度成像方法，所述方法包括：

在通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描后，确定脂肪组织的纵向弛豫时间信息和水组织的相位信息差；所述目标对象包括所述脂肪组织和所述水组织；

根据所述脂肪组织的纵向驰豫时间信息和所述水组织的相位信息差，确定所述水组织的温度数据；

根据所述水组织的温度数据和所述脂肪组织的温度数据，组合得到所述目标对象的温度分布图像；所述脂肪组织的温度数据为根据所述纵向驰豫时间信息确定的。

第二方面，本申请实施例提供一种磁共振温度成像装置，所述装置包括：

第一处理模块，用于在通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描后，确定脂肪组织的纵向弛豫时间信息和水组织的相位信息差；所述目标对象包括所述脂肪组织和所述谁组织部分；

第二处理模块，用于根据所述脂肪组织的纵向驰豫时间信息和所述水组织的相位信息差，确定所述水组织的温度数据；

第三处理模块，用于根据所述水组织的温度数据和所述脂肪组织的温度数据，组合得到所述目标对象的温度分布图像；所述脂肪组织的温度数据为根据所述纵向驰豫时间信息确定的。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：存储器和处理器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述处理器执行如第一方面所述的针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法。

第四方面，本申请实施例提供一种存储介质，包括：可读存储介质和计算机程序，所述计算机程序用于实现第一方面所述的针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法。

本申请实施例提供的针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法，通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描后，确定脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差，并根据脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差，确定水组织的温度数据，再将水组织的温度数据和脂肪组织的温度数据组合得到目标对象的温度分布图像。通过脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差共同确定水组织的温度数据，以避免脂肪组织的磁化率对水组织的相位信息差造成影响，使最终得到的温度分布图像更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种磁共振成像系统示意图；

图2为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像装置的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的电子设备的结构框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

磁共振温度成像技术可通过温度测量参数对目标对象进行测量，并通过计算得到温度测量结果。温度测量参数包括水质子共振频率(Proton Resonance Frequency，PRF)、纵向驰豫时间T1、横向弛豫时间T2、扩散系数等等，其中，PRF由于其线性相关的温度范围较大，而且加热过程可逆、线性强等等特点，成为了最常用的测温参数，最广泛的应用就是相位相减法，后来针对相位相减法容易受到运动干扰以及场强不均匀性的影响，又延伸出了多基线(multi-baseline)法以及无参考(reference-less)法。

针对含脂肪较多的目标对象，使用基于PRF的温度成像方法时，由于脂肪组织的磁化率随温度的变化较大，并且脂肪分子内部复杂的化学环境会使温度的变化反应到各个氢原子的共振频率上，因此，PRF无法避免脂肪组织的磁化率以及脂肪分子特性对温度检测结果的影响。由此可见，基于PRF的磁共振温度成像技术只能够对含水较多的组织进行测温，例如肌肉组织等。而对含脂肪较多的组织进行温度成像时将无法得到准确的测量结果。

为了解决上述问题，实现对同时存在水组织和脂肪组织的目标对象进行准确的温度成像。本申请通过向目标对象发送脉冲序列，分别确定脂肪组织的纵向驰豫时间T1信息和水组织的相位信息差，再根据T1信息确定脂肪组织的温度数据，并根据T1信息对水组织动态扫描得到的相位信息差进行校正，再根据校正后的相位信息差得到水组织的温度数据，最后将脂肪组织的温度数据和水组织的温度数据组合得到目标对象的温度分布图像。

图1为本申请实施例提供的一种磁共振成像系统示意图。如图1所示，磁共振成像系统001包括磁共振设备10和温度成像控制设备20，磁共振设备10与温度成像控制设备20通过有线或者无线的方式连接。可选的，温度成像控制设备20具体可以是计算机，或者温度成像控制设备20可集成于磁共振设备10中，例如，可作为一种功能化模块实现于磁共振设备的控制芯片中。

示例性的，温度成像控制设备20用于控制磁共振设备10在成像区域2内根据温度成像控制设备20所指示的脉冲序列，对目标对象1进行扫描。磁共振设备10将扫描得到的信息，例如相位信息和/或幅度信息，发送至温度成像控制设备20。进一步的，温度成像控制设备20根据接收到的信息进行信息处理，得到对目标对象1的成像区域2内的温度分布图像。应理解，成像区域2可根据目标对象1所需扫描部位的大小以及设备的扫描能力进行设置，例如成像区域2可涵盖目标对象的局部或全部，本申请对此不做要求，且对目标对象的数量不做要求。

示例性的，温度成像控制设备20包括扫描驱动单元21、信息接收单元22、信息处理单元23和温度成像单元24。

其中，扫描驱动单元21向磁共振设备10发送扫描所需的脉冲序列，或者扫描驱动单元21向磁共振设备10发送脉冲序列指令，指示磁共振设备10根据脉冲序列指令中指示的脉冲序列对目标对象1进行扫描。

信息接收单元22用于接收磁共振设备10扫描得到的扫描结果，并将扫描结果发送至信息处理单元23。信息处理单元23对扫描结果进行处理，得到对应的温度数据，并将温度数据发送至温度成像单元24。温度成像单元24根据接收到的温度数据生成最终的温度分布图像。

下面几个实施例对本申请提供的针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法进行说明，且可选择性的应用于上述磁共振成像系统001中。

本申请实施例为了能够对同时存在水组织和脂肪组织的目标对象进行准确的温度检测，在通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描后，根据脂肪组织的纵向驰豫时间信息，对水组织的相位信息差进行校正，以避免脂肪组织的磁化率对水组织的相位信息差造成影响，进而影响温度分布图像的准确性。

图2为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括：

S11：在通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描后，确定脂肪组织的纵向弛豫时间信息和水组织的相位信息差。

应理解，依据本实施例的应用场景以及所需解决的问题，目标对象应包括脂肪组织和水组织。

在对目标对象进行加热的过程中，持续发射第一脉冲序列，通过第一脉冲序列对目标对象进行动态的扫描。在每次通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描之后，可确定当前的脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差。

示例性的，该第一脉冲序列可以是梯度回波(Gradient Echo，GRE)序列。通过第一脉冲序列可获取当前时间的扫描结果，根据当前时间的扫描结果和基准扫描结果，确定脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差。应理解，本申请实施例所提到的T1信息和相位信息差均为二维的分布式信息，即T1信息包括与脂肪组织中每个测量单位对应的T1参数值，相位信息差包括与水组织中每个测量单位对应的相位差。

进一步的，为了能够准确识别脂肪组织和水组织，在步骤S101之前，本申请实施例可通过发射水脂分离(Iterative decomposition of water and fat with echoasymmetry and least squares estimation，IDEAL)序列在成像区域内对目标对象进行扫描，得到脂肪组织和水组织的定位信息，实现对脂肪组织和水组织的准确识别。

S12：根据脂肪组织的纵向驰豫时间信息和水组织的相位信息差，确定水组织的温度数据。

为了避免水组织的相位信息差受到脂肪组织中磁化率的影响，本申请实施例需要根据脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差来确定水组织的温度数据。依据脂肪组织的T1信息对水组织的相位信息差进行校正，以提高水组织相位信息差的准确性。

S13：根据水组织的温度数据和脂肪组织的温度数据，组合得到目标对象的温度分布图像。

其中，脂肪组织的温度数据为根据纵向驰豫时间信息确定的。

示例性的，可预先通过发射IDEAL序列对目标对象进行扫描，得到脂肪组织和水组织的定位信息，再将得到的水组织温度数据和脂肪组织的温度数据，根据定位信息，组合成温度分布图像。通过呈现温度分布图像可实时显示目标对象的温度检测结果。

应理解，温度分布图像中的每个像素点与水组合和脂肪组织的温度数据中的每个温度数值具有一一对应的关系。

本申请实施例在通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描后，确定脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差，并根据脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差，确定水组织的温度数据，再将水组织的温度数据和脂肪组织的温度数据组合得到目标对象的温度分布图像。通过脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差共同确定水组织的温度数据，以避免脂肪组织的磁化率对水组织的相位信息差造成影响，使最终得到的温度分布图像更加准确。

如上述实施例所说明的，为了避免磁化率对水组织的相位信息差造成影响，可根据脂肪组织的T1信息和水组织的相位差共同确定水组织的温度数据。图3为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图。如图3所示，该过程具体包括：

S121：根据纵向驰豫时间信息，确定脂肪磁化率造成的相位偏差。

在本步骤中，由于T1信息与脂肪磁化率造成的相位偏差存在相关性，因此可依据T1时间确定相位偏差。

图4为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图。在一种具体的实现方式中，如图4所示，步骤S121包括以下实现过程：

S1211：根据纵向驰豫时间信息和预设系数，确定脂肪组织的温度数据。

对于含脂肪较多的组织或者目标对象来说，T1是一个良好的测温参数，对于脂肪组织来说T1不仅具有较大的温度线性区间，还具有温度可逆的性质，即不论是升温过程还是降温过程，脂肪的T1数值都只与温度本身大小有关。由于大分子的平移、旋转运动是受到温度的直接影响的，所以在宏观层面上，T1反映出与温度正相关的变化趋势。在较小的温度范围内，T1变化量与温度变化量是可以近似地看作线性关系的。因此，通过能够体现二者线性关系的预设系数以及T1信息，能够得到准确的脂肪组织的温度数据。

为了能够根据T1信息获取到精确度更高的脂肪部分的温度数据，本申请实施例分两个步骤获取脂肪部分最终的温度数据。在本实施例中预设系数包括第一预设系数和第二预设系数。步骤一、根据T1信息和第一预设系数，确定所述脂肪组织的初始温度数据；进一步的，由于T1参数与较小温度区间的线性关系更强，步骤二中根据步骤一确定的初始温度数据中的最大值和最小值，确定第二预设系数，再根据T1信息和第二预设系数，确定脂肪组织最终的温度数据。例如，根据T1信息和第一预设系数确定的脂肪组织的初始温度数据中，最大值为50摄氏度，最小值为20摄氏度，则根据20摄氏度至50摄氏度的温度区间确定第二预设系数，例如将20摄氏度和50摄氏度作为输入量计算得到第二预设系数。

S1212：根据脂肪组织的温度数据以及脂肪温度与脂肪磁化率的对应关系，确定脂肪组织的磁化率数据。

应理解，脂肪温度与脂肪磁化率的对应关系可通过实验获取，其可以是一种对应表格，或者可以是体现对应关系的系数。

在脂肪组织中，由于温度的改变造成脂肪分子内部物理结构的变化，导致脂肪分子的极化情况发生改变，从而导致脂肪的磁化率发生变化，因此，脂肪的温度与磁化率之间存在较强的相关关系。顺磁性材料以及组织具有正磁化率数值，其磁化强度随着施加磁场的强度而顺磁场方向上增加；而反磁性材料以及组织具有负磁化率数值。在k空间中，磁共振相位图就是受到材料或者组织的直接影响而产生的，当得知磁化率分布的时候，能够通过简单的计算得到磁化率引起的相位偏差。

为了在实验过程中在不同温度下测量脂肪组织磁化率的变化情况，可采用偶极子反演定量磁化率测量(Morphology enabled dipole inversion for quantitativesusceptibility mapping，MEDI)方法根据磁共振扫描得到的相位信息迭代计算磁化率信息，从中挑选具有代表性的大量像素点，构筑温度与脂肪磁化率的关系表格，利用最小二乘法得到能够体现脂肪温度与磁化率的对应关系的系数。

S1213：根据脂肪组织的磁化率数据，通过拉莫公式，计算得到相位偏差。

S122：根据相位偏差对所述水组织的相位信息差进行校正。

示例性的，将水组织的相位信息差减去相位偏差，从而得到更精确的水组织的相位信息差，实现对水组织的相位信息差的校正。

S123：根据校正后的相位信息差，确定水组织的温度数据。

依据相位信息差与温度之间的线性关系，本步骤中，可根据校正后的相位信息差，确定水组织的温度数据。

在上述实施例的基础上，本申请实施例以脉冲序列为可变翻转角(Variable FlipAngle，VFA)的脉冲序列(例如VFA的GRE序列)为例，对本申请如何确定目标对象的温度分布图像进行说明。

图5为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图。如图5所示，在磁共振设备对目标对象进行加热的过程中，磁共振设备持续通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描，以获取不同加热程度下实时的扫描结果，多次发射的第一脉冲序列的翻转角度可以相同也可以不同，本方案对此不做要求，任一第一脉冲序列均可以是温度成像控制设备生成的，或者可以是磁共振设备根据温度成像控制设备生成的。

对于任一第一脉冲序列，通过发射第一脉冲序列对目标对象进行扫描，得到第一扫描结果，一般来说，第一扫描结果中包含目标对象的相位信息和幅度信息。进一步地，根据第一扫描结果和预先获取的基准扫描结果，确定脂肪组织的T1时间信息和水组织的相位信息差。

应理解，在磁共振设备对目标对象进行加热之前，应先发射第二脉冲序列对目标对象进行扫描，以获取基准扫描结果。示例性的，第二脉冲序列的翻转角度小于第一脉冲序列的翻转角度。

示例性的，第一扫描结果包括脂肪组织的第一幅度信息和水组织的第一相位信息，基准扫描结果包括脂肪组织的第二幅度信息和水组织的第二相位信息。本申请实施例对于如何确定与每个第一脉冲序列对应的脂肪组织的T1时间和水组织的相位信息差，提供以下可能的实现方式：

根据脂肪组织的第一幅度信息、脂肪组织的第二幅度信息，确定脂肪组织的T1信息。示例性的，第一幅度信息与第二幅度信息求差，并利用脂肪组织在加热前后的幅度信息差值与T1信息的相关关系，通过计算能够得出T1信息；同时，对水组织的第一相位信息和水组织的第二相位信息进行求差，得到水组织的相位信息差。

进一步的，根据脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差，确定加热过程中与每个第一脉冲序列对应的不同时间点的温度分布图像，实现对目标对象的温度的实时检测。其中，根据T1信息和水组织的相位信息差，确定目标对象的温度分布图像的过程与上述实施例中相同，此处不再赘述。

可选的，为了提高水组织的信息差的准确性以及提高空间分辨率，应将第一脉冲序列的翻转角度设置为大于预设阈值的翻转角度，例如设置预设阈值为45度。

图6为本申请实施例提供的一种针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法的流程示意图。如图6所示，首先利用VFA的脉冲序列同时获取T1信息以及相位信息差；利用脂肪组织的相位信息差消除磁场漂移带来的影响；利用脂肪组织的T1信息计算脂肪组织的温度，同时根据温度计算脂肪组织的磁化率分布情况，根据拉莫Lamor公式求取磁化率造成的相位偏差，并在水组织的相位信息差中减去该相位偏差，得到校正后的最终水组织的相位信息，利用基于PRF的磁共振温度成像技术计算水组织的温度分布情况。最终得到成像区域内脂肪组织以及水组织的高精度的温度测量结果。

图7为本申请实施例提供的一种磁共振温度成像装置的结构示意图。如图7所示，该磁共振温度成像装置10包括：

第一处理模块11，用于在通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描后，确定脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差；所述目标对象包括所述脂肪组织和所述谁组织部分；第二处理模块12，用于根据所述脂肪组织的纵向驰豫时间信息和所述水组织的相位信息差，确定所述水组织的温度数据；第三处理模块13，用于根据所述水组织的温度数据和所述脂肪组织的温度数据，组合得到所述目标对象的温度分布图像；所述脂肪组织的温度数据为根据所述纵向驰豫时间信息确定的。

本申请实施例提供的一种磁共振温度成像装置10，包括第一处理模块11、第二处理模块12和第三处理模块13，通过第一脉冲序列对目标对象进行扫描后，确定脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差，并根据脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差，确定水组织的温度数据，再将水组织的温度数据和脂肪组织的温度数据组合得到目标对象的温度分布图像。通过脂肪组织的T1信息和水组织的相位信息差共同确定水组织的温度数据，以避免脂肪组织的磁化率对水组织的相位信息差造成影响，使最终得到的温度分布图像更加准确。

上述实施例提供的磁共振温度成像装置，可以执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

图8为本申请实施例提供的电子设备的结构框图。通常，电子设备600包括有：处理器601和存储器602；可选的，还可以包括总线603。其中，总线603用于实现各元件之间的连接。

处理器601可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器601可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)。

存储器602可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器602还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器。在一些实施例中，存储器602中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器601所执行以实现本申请中方法实施例提供的针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法。

本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构并不构成对电子设备600的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。

本申请实施例中的计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由处理器执行时，使得终端能够执行上述实施例提供的针对水组织和脂肪组织共同测温的磁共振温度成像方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。