一种消融计算方法及消融计算系统与流程

1.本技术涉及医疗器械领域，更具体地说，涉及一种消融计算方法及消融计算系统。


背景技术：

2.磁共振温度成像(magnetic resonance temperature imaging，mrti)可以实现无创、实时、在体监测被试物体内部温度分布及变化，在微创和无创热疗，例如磁共振间质热疗、聚焦超声治疗等治疗的消融监测过程中具有重要的用途。
3.当前的磁共振温度成像方法之一为基于质子共振频率(proton resonance frequency，prf)位移的测温法，在实践过程中发现，基于质子共振频率位移的测温法受到磁共振线圈磁场均匀性，组织磁化率分布不均匀，呼吸/血流搏动等引起的组织运动等客观环境因素的影响较大，引起的常见误差包括相位解包裹误差，磁化率急速变化导致的误差，运动引起的误差等，容易造成最终获取的温度图与实际温度相差较大的问题，这使得该温度图失去了参考意义。
4.如何对根据磁共振数据进行更加准确的消融计算，是本领域仍需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本技术提供了一种消融计算方法及相关的消融计算系统。
6.在第本发明的第一个方面，提供了一种消融计算方法，该方法包括：
7.使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列对待测目标进行扫描，得到与所述回波时间对应的相位图，所述i为大于或等于2的正整数；
8.选取至少两组对应不同回波时间的相位图获得对应的温度差图；
9.根据所述温度差图获得温度图；
10.根据所述温度图计算(各像素的)消融情况。
11.进一步地，该方法中，获得温度差图是这样进行的：使用任一时刻的相位图减去基准时刻的相位图得到该时刻的相位差图，选取至少一个回波时间对应的相位差图作为参考相位差图，基于参考相位差图对其他回波时间对应的待校准相位差图进行校准，得到经校准的相位差图，参考相位差图对应的回波时间小于其所校准的相位差图对应的回波时间；使用参考相位差图和经校准的相位差图计算该时刻的温度差图。
12.其中，至少一个参考相位差图对应的回波时间不超过以下之一：18ms，17ms，16ms，15ms，14ms，13ms，12ms，11ms，10ms，9ms，8ms，7ms，6ms，5ms或4ms。
13.更进一步地，该方法中，上述校准如下进行：
14.根据相位差图与回波时间成正比例的关系，基于回波时间和参考相位差图，计算得到待校准相位差图的估计值；
15.使用待校准相位差图的估计值，根据相位周期性对待校准相位差图进行解包裹，得到经校准后相位差图。
16.可选地，本发明的消融计算方法还包括消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤,(例如b0漂移误差)；进一步地，消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤中，选取若干物理温度稳定无变化且组织均匀的区域作为热参考点，通过从每个相位差图像减去所述热参考点的平均相位差或者温度变化图中减去所述热参考点的平均温度变化，进行相位漂移校正。
17.可选地，本发明的消融计算方法还包括校正磁化率引起的误差的步骤，磁化率校正的步骤在相位差图或温度差图上进行，该步骤包括：
18.在温度差图上进行磁化率校正的步骤包括：
19.根据所述参考相位差图得到第一温度图，根据所述经校准相位差图得到对应的第二温度图，
20.判断所述第二温度图中每个像素对应的温度值与所述第一温度图中相应像素对应的温度值的差值的绝对值是否超过预设温度阈值，如果是，则对所述第二温度图中相应像素对应的温度值进行校正；
21.在相位差图上进行磁化率校正的步骤包括：
22.判断所述经校准相位差图中每个像素对应的相位差值与所述参考相位图中相应像素对应的相位差值的差值绝对值是否超过预设相位差阈值，如果是，则对经校准相位差图中相应像素对应的相位差进行校正。
23.可选地，本发明的消融计算方法还包括校正运动引起的相位误差的步骤，该步骤通过使用至少两组对应不同回波时间的相位图在每个像素处的线性最小二乘拟合将运动引起的相位误差去除。
24.可选地，本发明的消融计算方法还包括获取加权温度图的步骤，加权温度图是通过至少一个参考相位差图获得的温度图和至少一个经校准的相位差图获得的温度图进行加权获得。其中，至少一个经校准的相位差图对应的回波时间不小于20ms，19ms，18ms，17ms，16ms，15ms，14ms，13ms或12ms。
25.以上可选的消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤，校正磁化率引起的误差的步骤，校正运动引起的相位误差的步骤，和获取加权温度图的步骤单独、部分或者全部选择作为本发明的消融计算方法的一部分的方案都属于本发明内容的范围。
26.可选地，本发明的消融计算方法中，像素的消融是使用如下公式计算的：
[0027][0028]
其中，ea表示活化能，a是频率因子，r是通用气体常数，t(τ)是温度(℃)与时间τ的函数，t是当前时间，ω值超过设定阈值(例如1)的像素视为已消融。本领域技术人员所知道的基于温度进行消融计算的其他方法和参数也可以作为替代方案，作为本发明的一部分。
[0029]
在第本发明的第二个方面，提供了一种存储介质，存储介质上存储有程序代码，程序代码被执行时实现本发明的消融计算方法。
[0030]
在第本发明的第三个方面，提供了一种消融计算系统，其包含消融计算模块，所述消融计算模块能够执行权本发明的消融计算方法。进一步地，消融计算模块可以进一步包含：
[0031]
信息采集模块，其用于接收或者采集磁共振信息，磁共振信息至少包含使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列对待测目标进行扫描得到的与所述回波时间对应的相位
图，所述i为大于或等于2的正整数；
[0032]
温度差计算模块，其用于选取至少两组对应不同回波时间的相位图获得对应的温度差图；
[0033]
温度图计算模块，其用于根据所述温度差图获得温度图，温度图可以是加权温度图；
[0034]
消融计算模块，其用于根据所述温度图计算各像素的消融情况。
[0035]
相位漂移校正模块，其用于执行消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤，
[0036]
磁化率误差校正模块，其用于执行校正磁化率引起的误差的步骤，
[0037]
运动误差校正模块，其用于执行校正运动引起的相位误差的步骤。
[0038]
在第本发明的第四个方面，提供了一种激光间质热疗仪，其包括：主机、激光消融设备和光纤组件，主机包含处理器处理器加载有程序代码，程序代码被执行时实现本发明的消融计算方法。
[0039]
本发明的实施方案的创新点包括一下一个或更多个：
[0040]
1、消除了部分回波时间对应的回波序列的相位差图解包裹时发生错误的问题；
[0041]
2、消除了因为升温导致导致的部分区域磁化率异常导致温度异常，无法显示温度和消融情况的问题；
[0042]
3、消除了脑脊液，心脏搏动等运动引起的异常温度误差，例如脑室中的异常温度。
[0043]
4、本发明的方法使用非追溯性算法或迭代算法，运算量较小，节省了计算时间，能够快速的得到温度和消融结果。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0045]
图1为现有技术在离体和在体环境中获得的磁共振数据的幅值、相位图和温度图；
[0046]
图2为本技术的一个实施例提供的一种消融计算方法的流程示意图；
[0047]
图3为本技术的一个实施例提供的获取的相位图、相位差图和温度图；
[0048]
图4为本技术的另一个实施例提供的一种消融计算方法的部分流程示意图；
[0049]
图5为本技术的一个实施例提供的实验装置示意图；
[0050]
图6为本技术的一个实施例提供的离体猪肉实验的激光间质热疗温度图的局部放大；
[0051]
图7为本技术的一个实施例提供的在凝胶组织模拟物(图7(a))或离体猪肉(图7(b))实验期间，温度随时间的变化示意图；
[0052]
图8为本技术的一个实施例提供的体内实验中的狗01的代表性温度图；
[0053]
图9为本技术的一个实施例提供的对3只代表性狗(狗01-03)的激光间质热疗消融结果；
[0054]
图10为本技术的一个实施例提供的消融后的t2w图像以及所有其他六种不同消融激光剂量的情况(狗04-09)的消融计算方法预测的消融估计示意图。
具体实施方式
[0055]
磁共振温度成像可以引导多种能量输送型治疗手段，例如激光间质热疗、聚焦超声治疗、射频消融等，监控目标组织温度和消融效果。本发明以磁共振温度成像引导的激光间质热疗作为例子说明本发明的方法，磁共振温度成像引导的激光间质热疗是一种微创治疗手段，为治疗位于手术上具有挑战性的部位(解剖学或功能性)的肿瘤创造了新的选择。该方法通过施加温度在50～80℃或更高的温度达数十秒，可以快速凝固组织并通过蛋白质变性诱导肿瘤细胞坏死。与开放式手术相比，激光间质热疗可更精确地靶向肿瘤，并减少不适感和感染风向，并缩短患者住院时间。在激光间质热疗的消融过程中，并发磁共振热成像对于更有效地消融肿瘤细胞以及更好地保护健康的周围细胞和关键结构起着重要的作用。大多数激光间质热疗消融程序取决于基于质子共振频率位移的测温法。
[0056]
但是，正如背景技术所述，现有的磁共振温度成像方法受到环境等因素的影响较大，容易造成最终获取的温度图与实际温度相差较大的问题。
[0057]
在激光间质热疗的消融过程中，发明人通过研究发现获取的温度图中错误的主要来源是解卷错位导致的相位误差、磁化率误差和运动导致的相位误差。随着消融激光剂量的改变，磁化率会导致图像振幅减小以及图像相位中的相应误差，从而破坏加热中心及其周围的重建温度图。重建温度图的错误可能会导致消融区域的估计错误，从而可能导致治疗效果的变化以及对关键组织的热损伤。因此，准确的温度成像对于激光间质热疗的有效性和安全性至关重要，尤其是当激光间质热疗应用于脑组织中较紧的消融区域时。
[0058]
发明人通过进一步研究发现，基于质子共振频率位移的测温法基于以下事实：氢质子的共振频率随水分子中的温度而变化。对于含水组织，局部磁场随温度的变化可描述为：
[0059][0060]
其中，α是随温度变化的质子共振频率系数，在这里取0.008-0.015ppm/℃。受温度影响的水质子的相应共振频率变化可以表示为：
[0061]
δf＝αγb0·
δt；
ꢀꢀꢀ
(2)
[0062]
其中，δt表示温度变化，δf表示共振频率变化，γ表示旋磁比，b0表示静态磁场强度。
[0063]
可以在复杂的磁共振成像的相位中观察到由于温度变化引起的共振频率的变化。对于给定的梯度回波序列的间隔时间te，可以根据相位差δφ计算相对温度变化δt，该方程可表示为：
[0064][0065]
梯度回波序列是基于质子共振频率位移的测温法中使用的序列。根据公式(3)可知，梯度回波序列越长，相同的温度变化可能导致相位差越大，表明可以获得更高的温度灵敏度。
[0066]
参考图1，随着梯度回波序列的回波时间增加，相位对比和相位包裹都增加，这表明在稍后的回波时间内，温度灵敏度更高，相位解缠程序更多。图1中，在(a)(离体，猪脑)和(b)(体内)中通过本技术实施例使用的含有4个不同回波时间的梯度回波序列获得的第一
至第四回波的幅值(上排)和相位(第二行)。使用传统的prf算法根据每个te(回波时间)设置计算温度图(下排)。在较长的回波时间内会出现更多的相位包裹，因为图像对比度也相应增加。请注意，强烈的激光加热会由于磁化率的变化而导致信号损失，并且还会转化为加热中心周围像素的相位和温度误差。在体内实验中，请注意脑脊液(cerebrospinal fluid，csf)运动(motion)会在mrti上引起不合适的高温，这在前一个回波中更明显，因为较短的te对所引入的相似相位误差的耐受性较低。
[0067]
例如，由于大脑中脑脊液的运动，扫描间运动可能是基于质子共振频率位移的测温法测量的温度图中的一个大问题。脑脊液的大小和相位信号经常通过脑脊液的正常动态运动在脉冲梯度回波序列上更改，这可能会混淆温度估计。脑脊液运动还可能导致心室内和周围心室的像素移动，从而导致相差图出现错误。如图1b所示，体内温度图显示由于脑脊液运动，第三脑室内的伪高温。温度误差在较短回波时间的脉冲梯度回波序列上更为明显，因为它们对(3)中的脑脊液流动引入的相移强度的容忍度较小。
[0068]
实际上，水质子的局部磁场也应考虑磁化率x0，公式(1)变为：
[0069][0070]
其中，表示由磁化率引起的局部磁场变化。
[0071]
进一步研究发现，激光加热会在激光尖端周围的gre成像中引起明显的磁化伪影。仍然参考图1，温度急剧变化的加热中心(如图1(a)中箭头所示)在较长的回波时间数量级上显示严重的信号损失。体素内自旋相移是由温度和磁化率变化引起的局部磁场不均匀引起的。
[0072]
激光加热引起的磁化伪影，尤其是较长回波时间的梯度回波序列对应的图像中的磁化伪影，是造成误差的重要原因。仍然参考图1，在离体或体内实验中，加热中心周围的相位误差转化为磁共振热成像上的伪低温。通常情况下，在成像过程汇总，建议使用具有尽可能短的回波时间的梯度脉冲序列以最大程度地减小磁化率伪影。但是，更长的回波时间的梯度脉冲序列可以提供更好的温度灵敏度和信噪比，这是当前面临的两难选择。
[0073]
为了兼顾温度灵敏度、信噪比和低误差，本技术实施例提供了一种消融计算方法，该方法包括：
[0074]
使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列对待测目标进行扫描，得到与所述回波时间对应的相位图，所述i为大于或等于2的正整数；
[0075]
选取至少两组对应不同回波时间的相位图获得对应的温度差图；
[0076]
根据所述温度差图获得温度图；
[0077]
根据所述温度图计算各像素的消融情况。
[0078]
所述消融计算方法基于含有i个不同回波时间的梯度回波序列获得i组相位图，选取至少两组对应不同回波时间的相位图获得对应的相位差图，并根据所述温度差图获得温度图。发明人经过研究发现，梯度回波序列的回波时间与磁化率伪影的大小成正比关系，因此与较小回波时间对应的梯度回波序列获得的相位图受到的由于加热而导致的磁化率变化的影响最小，其图像数据仍保持正确的相位，因此可以基于含有i个不同回波时间的梯度回波序列获得的i组相位图以及相位差图进行温度图的获取，以降低最终获得的温度图的误差，提高获得的温度图的准确性的目的。
[0079]
进一步的，所述消融计算方法并非追溯性算法或迭代算法，运算量较小，可提供几乎实时的温度图，具有较高的参考意义。
[0080]
本技术实施例提供了一种消融计算方法，如图2所示，包括：
[0081]
s101：使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列对待测目标进行扫描，得到与所述回波时间对应的i组相位图，所述i为大于或等于2的正整数；
[0082]
在步骤s101中，所述梯度回波序列中回波时间的最小取值和最大取值均可根据实际需求而定，一般情况下，为了尽量降低磁化率变化导致的磁化率伪影，所述梯度回波序列中回波时间的最小取值可以取磁共振温度成像设备能够取到的最小值，所述梯度回波序列中回波时间的最大取值一般不超过对待测目标成像的回波时间的取值范围上限。例如，在对头部成像来说，其可选的梯度时间序列的回波时间的取值范围为3～30ms，所述梯度回波序列中包含的回波时间的具体取值均要在该取值范围内。
[0083]
参考图3，具体参考图3(a)，获取的相位图如图3(a)所示。然后如图3(b)所示，通过复数相减程序计算出相差图。复相减法可以避免有问题的相位包裹。
[0084]
含有i个不同回波时间的梯度回波序列信息的获取可以是从服务器或其他存储设备中读取或接收，也可以是根据工作人员的设定实时获取的，本技术对获取梯度回波序列的具体方法并不做限定，具体视实际情况而定。
[0085]
s102：选取至少两组对应不同回波时间的相位图获得对应的温度差图；
[0086]
可选的，在步骤s102和步骤s103之间，还可以包括对相位图和相位差图的静态磁场强度漂移校正，以消除静态磁场强度引起的误差。
[0087]
s103：根据所述温度差图获得温度图。
[0088]
s104：根据所述温度图计算各像素的消融情况，消融可以使用基于温度和时间参数计算消融的各种方法，例如使用如下公式计算的：
[0089][0090]
其中，ea表示活化能，a是频率因子，r是通用气体常数，t(τ)是温度(℃)与时间τ的函数，t是当前时间，ω值超过设定阈值(例如1)的像素视为已消融。
[0091]
下面对本技术实施例提供的消融计算方法的各个步骤的可行执行方式进行描述。
[0092]
在上述实施例的基础上，在本技术的一个实施例中，获得温度差图的具体步骤包括：
[0093]
使用所述不同时刻中任一时刻的相位图减去基准时刻的相位图得到该时刻的相位差图，基准时刻为对目标组织传输能量(例如热能、光能、射频消融、冷冻消融)之前的任意时刻，优选地为进行能量传输之前不久的时刻，例如即将进行能量传输的时刻；选取在该时刻至少一个回波时间对应的相位差图作为参考相位差图，对其他的回波时间对应的相位差图进行校准，得到经校准的相位差图，所述参考相位差图对应的回波时间小于其所校准的相位差图对应的回波时间；
[0094]
使用所述参考相位差图和所述经校准的相位差图计算该时刻的温度差图。
[0095]
可选的，参考相位差图的回波时间的取值小于或等于18ms，优选地，参考相位差图的回波时间的取值不超过17ms，16ms，15ms，14ms，13ms，12ms，11ms，10ms，9ms，8ms或7ms，更优选地，参考相位差图的回波时间的取值不超过6ms，5ms或4ms。
[0096]
可选的，可使用梯度回波序列中的最小回波时间对应的相位图作为参考相位图，并基于参考相位图获得参考相位差图，以尽可能最小化相位图受到的由于加热而导致的磁化率变化的影响。如前文所述，所述梯度回波序列中的最小回波时间可以为磁共振温度成像设备能够取到的最小值。
[0097]
所述选取在该时刻至少一个回波时间对应的相位差图作为参考相位差图，对其他回波时间对应的相位差图进行校准包括以下步骤：
[0098]
使用所述参考相位差图和待校准的回波时间对应的相位差图，根据相位差与回波时间成正比例的关系，基于回波时间和参考相位差图的相位差，计算得到所述待校准的回波时间对应的相位差图的相位差的估计值；，然后使用所述估计值，根据相位周期性对所述待校准的相位差进行解卷积，得到经校准后的相位差。
[0099]
在上述实施例的基础上，在本技术的另一个实施例中，所述消融计算方法还包括：
[0100]
s105：消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤，所述消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤在相位差图或温度差图上进行。
[0101]
在相位差图上进行消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤包括：
[0102]
选取多个热参考点(region ofinterest，roi)，通过从每个相位差图减去所述热参考点的平均相位差；
[0103]
在温度差图上消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤包括：
[0104]
在温度差图中减去任一所述热参考点的平均温度差，进行校正。
[0105]
在上述实施例的基础上，在本技术的另一个实施例中，所述消融计算方法还包括：
[0106]
s106：磁化率校正的步骤，磁化率校正的步骤在在相位差图或温度差图上进行；
[0107]
在温度差图上进行磁化率校正的步骤包括：
[0108]
根据所述参考相位差图得到第一温度图，根据所述经校准相位差图得到对应的第二温度图；
[0109]
可选地，在所述第一温度图和各个所述第二温度图中确定预设区域；
[0110]
判断所述第二温度图中每个像素对应的温度值与所述第一温度图中所述预设区域中相应像素对应的温度值的差值的绝对值是否超过预设温度阈值，如果是，则对所述第二温度图中相应像素对应的温度值进行校正；校正可以有多种方法，例如可以使用该像素中第一温度图的温度值替换第二温度图的温度值，或者使用第二温度图中相邻像素的温度值替换第二温度图中该像素的温度值，或者基于相邻像素的温度值和第一温度图的温度值拟合一个近似温度替代第二温度图的温度值；
[0111]
在相位差图上进行磁化率校正的步骤包括：
[0112]
在所述参考相位差图和经校准的相位差图中确定预设区域；
[0113]
判断所述经校准相位差图中每个像素对应的相位差值与所述参考相位图中所述预设区域中相应像素对应的相位差值的差值绝对值是否超过预设相位差阈值，如果是，则对经校准相位差图中的相位差进行校正，校正方法与前文类似，不再重复。
[0114]
在上述实施例的基础上，在本技术的又一个实施例中，所述消融计算方法还包括：
[0115]
s107：在相位差图或温度差图上进行的校正运动引起的相位误差的步骤；
[0116]
在相位差图上进行的校正运动引起的相位误差的步骤包括：
[0117]
通过使用所述参考相位差图和所述经校准相位差图在每个像素处的线性最小二
乘拟合将运动引起的相位误差去除；
[0118]
在温度差图上进行的校正运动引起的相位误差的步骤包括：
[0119]
根据所述参考相位差图得到第一温度图，根据所述经校准相位差图得到对应的第二温度图；
[0120]
通过使用所述第一温度图和所述第二温度图在每个像素处的线性最小二乘拟合将运动引起的相位误差去除。
[0121]
仍然参考图4(c)，图4(c)示出了在没有(左图)和有(右图)运动误差校正的情况下作为时间的函数的相差(第一行)和相对温度变化(第二行)。对于较短的回波时间，相位误差δφ(x,y)
bias
会引入较大的温度偏差，但在线性最小二乘拟合之后可正确消除。
[0122]
如前文所述，步骤s105、s106和s107均即可在相位差图层面上进行，也可在温度差图上进行。即所述消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤在相位差图和/或温度差图上进行，所述磁化率校正的步骤在相位差图和/或温度差图上进行。所述校正运动引起的相位误差的步骤在相位差图和/或温度差图上进行。
[0123]
仍然参考图3，图3(c)表示解包裹和漂移校正的相差图，图3(d)表示温度图，图3(e)表示磁化率校正后的图像，图3(f)表示运动误差校正后的图像。
[0124]
在上述实施例的基础上，在本技术的又一个实施例中，所述根据所述温度差图获得温度图包括：
[0125]
s1031：使用所述参考相位差图和经校准的相位差图计算温度，并对计算得到的温度进行加权以获得待测目标的温度图；
[0126]
或
[0127]
使用对所述参考相位差图和经校准的相位差图进行加权平均以获得平均温度差，并根据所述平均温度差计算所述待测目标的温度图。
[0128]
在步骤s1031中，加权可以是各种加权方法，例如平均加权，或者温度图可以是单独的一个回波时间对应的温度图，即该温度图的加权系数为1，其他相位温度图的加权系数为0。
[0129]
在步骤s1031之后还可包括：
[0130]
s108：对所述待测目标的温度图进行多次插值处理，并利用插值处理后的所述待测目标的温度图计算消融区域边界。
[0131]
对所述待测目标的温度图进行多次插值处理的目的是为了获得更平滑的消融区域边界，差值处理的具体次数可以是2或3次。
[0132]
在计算消融区域边界的过程中，具体利用如下公式：
[0133][0134]
其中，ea表示活化能，a是频率因子，r是通用气体常数，t(τ)是温度(℃)与时间τ的函数，t是当前时间。ω值超过设定阈值(例如1)的像素视为已消融。
[0135]
下面结合具体实验对本技术实施例提供的消融计算方法进行验证。
[0136]
使用包括10w，980nm二极管激光器和冷却的激光施加器系统的激光消融系统对凝胶组织模拟物(凝胶体模)进行加热。相位图像是在3t mr扫描仪(ingenia，philips healthcare，best，荷兰)使用16条接收线圈使用多回波时间梯度回波序列获取的：翻转角
＝30
°
，te＝6/12/18/24ms，tr＝22ms，矩阵＝176
×
176，fov＝200x 200mm2，切片厚度＝5mm，3s/图像。
[0137]
如图5所示，还将两个mr兼容的光纤温度探头插入到组织模拟物中，探头尖端位于靠近消融光纤的位置，以获取各点的凝胶温度。由于加热过程中光纤探头受到消融光纤的影响，因此温度计仅监视冷却阶段。图5中。具体地，图5中显示在凝胶组织模拟物中插入了消融光纤和两个光纤温度探头，填充凝胶的参考管固定在周围作为绝缘参考。
[0138]
使用与组织模拟物实验相同的扫描参数进行猪肉和猪脑的离体实验。对每种类型的组织(凝胶，猪肉，猪脑)进行了两次实验，其中一种进行了若干次激光循环加热，另一种进行了持续的加热和冷却。计算出mr测量温度和光纤测量温度之间的均方根误差，作为温度精度的测量值。
[0139]
杜宾狗的体内实验已获得清华大学伦理审查委员会的批准。九只成年杜宾狗接受了激光间质热疗。加热过程在3t mr扫描仪(ingenia，philips healthcare，best，荷兰)上通过32条接收头线圈使用多回波时间梯度回波序列进行监控。
[0140]
经过消融手术后，为了获得有关消融区实际范围的详细信息，获取了消融后图像，包括t1加钆(t1+gd)对比图像，流体衰减反转恢复(flair)，扩散加权mr(失真，通过fsl 5.0通过增补或通过epsi方法校正)和t2加权图像。
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仍然参考图3和图4，图3和图4说明了本技术实施例提供的消融计算方法的温度计算的一个实例。图3(a)，在激光热疗期间获得的一个时间，首先通过多te回波序列获得线圈组合相位图像；图3(b)，然后获得相位差图，白色箭头指示在加热中心周围的相位图上发生的相位包裹；图3(c)显示经过相位解包裹和b0漂移校正的相位差图。图3(d)根据prf偏移方法从图3(c)计算得到的温度图。白色箭头突出显示了磁化率引起的误差。图3(e)磁化率校正后的温度图。白色箭头显示了残留的csf运动引起的误差。图3(f)运动校正的温度图。
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图4中，关于代表性像素的一个示例性方法流程包括：步骤1，获取相差图以及参考相位差图(te1)解包裹获得的相位图，如黑色箭头所示，在温度快速变化的情况下，一些回波时间对应的相位差图发生了包裹。步骤2，获取相位解包裹图，步骤3，静态磁场强度(磁共振系统)漂移校正，即b0漂移校正是为了减少系统波动，步骤4)，磁化率引起的相位误差校正，使用最短的回波时间(te)校正了磁化率变化(黑色箭头)在较长的回波时间上引起的温度误差。步骤5运动引起的相位误差校正。第一行的图和第二行图分别是随时间变化的相位差和相应的温度随时间的变化。对于多个回波时间，运动引起的相位误差(黑色箭头)几乎相同，因此在较短的te上导致更明显的温度误差。校正运动误差的结果显示出更平滑的相位和温度曲线。
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组织模拟物和离体实验结果：
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图6示出了激光间质热疗期间离体猪肉实验的代表性温度图。从热循环期间获取的300帧(3s/帧)中选择六个代表性图像(#50表示第50帧，#146表示第146帧，依次类推)。第一行和第二行分别是使用传统的相位解包裹方法和本技术实施例中提出的基于多回波时间的相位解包裹方法(多te解包裹)。使用现有技术的相位展开方法，由于激光热量引起的磁化率变化，温度图上的像素会严重损坏，即使不再使用激光也无法恢复。技术原理如下：将现有技术的相位展开方法应用于时间维度进行相位跳变检测，如果当前帧的相差图被错误地解包裹，则随后的所有帧都会受到影响。另一方面，本发明提出的消融计算方法是在多
回波维度的基础上进行的，因此避免了来自先前帧的干扰。第三行是经过相位解包裹和磁化率校正的单个回波时间温度图，加热中心周围的损坏像素已正确恢复。最后一行是使用本技术实施例提供的消融计算方法进行的多回波时间数据组合结果。显示出最终的磁共振热成像在热点的温度更均匀。
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图7示出了在凝胶组织模拟物(图7(a))或离体猪肉(图7(b))实验期间随时间变化的温度，分别由两个测温光纤测量(红色线条)和本技术实施例提供的方法计算得出的(虚线黑色线条)。在多次加热(图7(a))或单次加热(图7(b))的情况下，质子共振频率(prf)计算的温度-时间行为在降温阶段与光纤温度探头(也成为测温光纤)测量的测得的温度-时间非常匹配。表2列出了mr计算值和测温光纤测量值之间的均方根误差(rmse)值，这些值代表了所提出算法的温度精度。实验1进行了几次激光循环加热，而实验2则是连续的加热和冷却阶段。结果表明，在大多数情况下，凝胶，猪肉或猪脑组织的rmse误差均小于0.5℃。图7中，探头(左)表示左侧测温光纤，探头(右)表示右侧测温光纤。
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表2.本技术实施例提供的方法在光纤测量的温度和mr计算的温度之间的比较。
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缩写：rmse，均方根误差；实验，实验l(r)，左侧(右侧)的光纤温度探头。
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图8显示了体内实验中的狗01的代表性温度图。需要注意的是，消融区域位于靠近第三脑室和侧脑室的位置。选择在激光消融过程中获取的100帧(3s/帧)图像叠加在消融后t2w磁共振热成像上。从上至下是通过现有技术算法分别根据单个回波时间(te)数据(te＝6ms和te＝24ms)计算出的温度图，并使用本发明所提出的算法根据多(联合)te回波序列计算出的温度图。第一行(te＝6ms)显示了第三侧脑室和侧脑室内的伪高温，表明短te计算温度严重受csf流动伪影的影响。csf诱发的第三脑室内伪影(白色箭头指示)仍存在于第二行(te＝24ms)，但被所提出的联合te回波序列算法很好地抑制了。第二行显示，与较短的te(te＝6ms)相比，更长的te(te＝24ms)可以提供更平滑的边界和更好的温度snr，但是如上所述，由于磁化率的变化，加热中心周围的像素会损坏。另一方面，我们提出的方法整合了多个回波的信息，因此获得的温度图同时消除了csf引起的误差和磁化率引起的误差，显示出更均匀和对称的加热区域。
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图9显示了对3只代表性狗(狗01-03)的激光间质热疗法消融结果。第一列是热消融后并施用钆后的t2w图像(术后-t2)。在t2w mri上可以清楚地显示出消融光纤的位置。第二列显示了在给定的激光剂量下，而并本发明提出的方法的最终估计的消融损伤，这些估计的消融损伤以红色(灰度图上为较深颜色)叠加在消融后的t2w图像上。从而证明了本发明提出的方法计算的估计消融与消融后mri之间的良好一致性。本发明方法估计的消融区面积显示在消融图像的左上角。第三列是当激光加热最强烈时获得的代表性温度图。最后三列分别是施用钆后的消融后flair，dwi和t1w图像。它们都显示出死组织与活组织之间的
尖锐过渡区。
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图10显示了所有其他六种不同消融激光剂量的案例(狗04-09)的消融后t2w图像以及最终算法预测损伤估计。消融计算值(第二行)与消融后评估值(第一行)匹配良好。算法估计的消融区域显示在t2w图像的左上角。根据激光加热持续的时间，激光消融面积范围从小于30平方毫米到近90平方毫米。
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上面的实验结果表明，可以使用本技术实施例提供的消融计算方法校正由于加热激光器本身引起的质子共振频率温度图中磁化率引起的误差。我们首先提出通过质子共振频率移位方法将多回波时间梯度回波脉冲序列应用于磁共振热成像。相比单回波序列，多梯度回波序列可提供更多信息，而无需额外的扫描时间，并且为相位展开和伪影消除提供了新方法。
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较短的回波时间可以忍受磁化率伪像，但对噪声敏感，而较长的回波时间则具有较好的温度敏感性和信噪比，但受磁化率伪像的影响很大。本发明提出的消融计算方法融合了不同回波的优势，以获得更好的温度图测量结果。而且，本发明的消融计算方法可以显着提高磁共振热成像的鲁棒性和信噪比，从而避免了由于误估了低温而对健康组织造成的损害。
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本发明的方法还具有出色的脑脊液流动误差抑制能力，并且可以在心室内或周围提供准确的温度测量。补偿脑脊液运动引起的错误对于激光间质热疗治疗脑室周围脑部病变在临床上很重要。此外，提出的算法是在线兼容的，不需要迭代计算，因此非常适合于磁共振热成像，因为需要非常接近实时的温度图。
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下面对本技术实施例提供的磁共振温度成像系统进行描述，下文描述的磁共振温度成像系统可与上文描述的消融计算方法相互对应参照。
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相应的，本技术实施例还提供了一种消融计算系统，其包含消融计算模块，所述消融计算模块能够执行权本发明的消融计算方法。进一步地，消融计算模块可以进一步包含：
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信息采集模块，其用于接收或者采集磁共振信息，磁共振信息至少包含使用含有i个不同回波时间的梯度回波序列对待测目标进行扫描得到的与所述回波时间对应的相位图，所述i为大于或等于2的正整数；
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温度差计算模块，其用于选取至少两组对应不同回波时间的相位图获得对应的温度差图；
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温度图计算模块，其用于根据所述温度差图获得温度图，温度图可以是加权温度图；
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消融计算模块，其用于根据所述温度图计算各像素的消融情况。
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相位漂移校正模块，其用于执行消除磁共振系统引起的相位漂移的步骤，
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磁化率误差校正模块，其用于执行校正磁化率引起的误差的步骤，
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运动误差校正模块，其用于执行校正运动引起的相位误差的步骤。
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在第本发明的第四个方面，提供了一种激光间质热疗仪，其包括：主机、激光消融设备和光纤组件，主机包含处理器处理器加载有程序代码，程序代码被执行时实现本发明的消融计算方法。
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本技术实施例还提供了另一种磁共振温度成像系统，包括：
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数据传输模块，其设置成接收磁共振序列图像，并判断图像完整性；
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温度计算模块，其设置成用于选择序列、计算相位差、校准相位差、计算温度；
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温度显示模块，其设置成将温度以伪彩图或等温线的模式展示；
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消融计算模块，其设置成计算消融结果并进行显示；
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其中，所述系统进行一次完整计算的时间不超过1s。
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在本技术的一些实施例中，所述系统进行一次完整计算的时间优选不超过0.5s，最优选不超过0.1s。
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相应的，本技术实施例还提供了一种磁共振温度成像系统，包括：存储器和处理器；
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所述存储器用于存储程序代码，所述处理器用于调用所述程序代码，所述程序代码用于执行上述任一实施例所述的消融计算方法。
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相应的，本技术实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有程序代码，所述程序代码被执行时实现上述任一实施例所述的消融计算方法。
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综上所述，本技术实施例提供了一种消融计算方法及相关装置，所述消融计算方法并非追溯性算法或迭代算法，运算量较小，可提供几乎实时的温度图，具有较高的参考意义。
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本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。