基于T1的永磁共振成像无创测温研究

Non-invasive temperature mapping is important for the development of hyperthermia and clinical diagnosis, has important theoretical significance and application prospects. MRI non-invasive temperature measurement has become one of the key researches in this field. Permanent magnet MRI system has low cost and the intraoperative openness, is feasible and convenient for non-invasive temperature mapping. But this system has two problems: accuracy and real-time. In this project, shimming theory of the magnetic field uniformity will be studied to increase the system Signal-to-Noise-Ratio, and dynamic active shimming method will be used to improve the temperature measurement accuracy; a parameter model and MRI pulse sequences will be investigated based on the T1 weight image to improve the accuracy and real-time of non-invasive temperature mapping.

研究温度信息无创提取方法，不但对肿瘤热疗技术发展有重要作用，还可为临床诊断提供更多信息，因此具有重要的理论意义和应用前景。MRI无创测温已成为无创测温领域的重点研究方向之一。永磁型MRI系统具有成本低、容易实现术中无创测温所需要的开放度，用于无创测温具有可行性和优越性，但目前永磁MRI无创测温存在测温准确性和实时性两大难题。本项目将研究影响磁场均匀性的各因素作用规律的综合匀场理论，提高系统的信噪比，形成适用于永磁无创测温高精度需要的动态主动匀场方法；在基于T1方法的永磁MRI无创测温方法的基础上，采用参数模型研究方法，对永磁MRI序列等方面展开研究，重点探讨提高永磁无创测温的准确性和实时性的理论和技术。

目前永磁MRI无创测温存在测温准确性和实时性两大难题。本项目基于T1永磁MRI无创测温理论，采用参数模型研究方法，重点研究提高永磁无创测温的准确性和实时性的理论和技术。本项目获得了以下5个方面的成果：. 1 建立T1无创测温的模型。分别建立了CuSO4稀释溶液与猪肝的测温数学公式，基于0.4T低场永磁MRI的T1 加权成像能较准确测量高温猪肝(含脂)和溶液(单一非脂)的温度(误差不超过±1℃),每层温度图像的获取时间在5s以内,可以用于实时温度监测。. 2 提出变密度k空间采样与k-t GRAPPA重建算法。变密度k空间采样与k-t GRAPPA重建算法相结合，避免了训练数据、模型、迭代计算的使用。在k空间降采4倍时，加热区域温度仿体实验的均方根误差低于0.3℃，人体实验误差低于1.1℃。重建图像保持了较高的信噪比,每帧的重建时间仅为1s，能够实时重建图像。. 3 低场下探究了重复时间（TR）对均匀加热猪肝组的测温准确性的影响。当自旋回波（SE）序列的参数TR=400ms时，测量温度与实际温度最接近，平均误差为±0.5℃，均方根误差为0.6℃，优于TR=800ms和1200ms时的测温结果。基于序列参数TR优化序列的测温实验能够较准确地测量猪肝组织温度，每层图像的获取时间在15s内，基本满足临床温热疗法的测温要求。. 4 高场下对比了固定参考相位和动态参考相位的方法。基于固定参考相位的测温方法的平均误差为±2.2℃，均方根误差为2.2℃，而基于动态参考相位方法测温的平均误差为±1.1℃，均方根误差为1.1℃，每层图像的获取时间在5s内，基本实现了实时测温的需求。. 5 发明了一种基于微带线的平衡驱动式磁共振射频线圈。本项目通过改变微带线的结构和驱动方式，延伸其磁场覆盖的范围，增加可成像的面积。本项目制作了适用于人体成像和动物实验的单通道、四通道、六通道等射频线圈，并在北京大学CMR磁共振平台进行了测试。测试结果信噪比高且没有伪影，适用于高场强、频率为123.2MHz的医用平台。. 综上，低场下基于优化选择的SE序列和高场下基于动态参考相位测温技术对肿瘤热疗具有临床应用前景和科研价值。