基于统计学方法的无参考MRI测温关键技术研究

发布时间：2018-03-17 23:07

  本文选题：肿瘤热疗　切入点：磁共振测温　出处：《中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：恶性肿瘤危害人类健康已经成为全球较大的公共卫生问题之一,并不断衍变为新世纪人类健康的第一杀手。热物理治疗是众多癌症物理治疗方法之一,其中高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)更是被称为是最佳的体外无创热治疗技术之一,而精确温度监控是保证热物理治疗有效和安全的关键科学技术问题。当前磁共振成像(MRI)测温技术已成为肿瘤热疗过程中精确测温技术最佳选择。磁共振测温虽然发展出了多种测温理论算法,但在实际使用过程中,测温环境受包括磁场的漂移、被测物组织特性、人体内环境等因素的影响,使得这些测温算法会有较大误差,难以满足MRI精确测温要求(目前国际上MRI测温的误差2.5℃)。本论文针对基于质子共振频率的化学位移(简称“质子共振化学位移”)的测温算法实际应用存在的问题,研究建立了一个基于统计学方法的MRI测温模型和实现方法,主要研究内容和创新点如下:1.本文提出一种质子共振化学位移测温算法的无参考测温实现方案,并建立了基于线性回归和BP神经网络的统计学方法的MRI测温模型。利用测试数据进行方法验证,实验计算结果表明线性回归测温网络MRI模型有着良好的稳定性,其测温效果(最大绝对温度差为1.82℃,标准差为0.51℃)好于传统的数值算法PRF方法(最大绝对温度差为3.7℃,标准差为0.79℃),基本达到国家科技支撑项目(课题号:2012BAI15B07)中测温精度在?2℃之内的要求。2.针对质子共振化学位移测温算法实际应用存在的非温度因素引起的图像相位漂移等问题,提出了相位补偿方法,并研究了基于黑箱理论的相位补偿模型,采用统计学方法,实现了无参考漂移校正。并针对离体猪肝、离体猪心、琼脂体膜、嫩豆腐、离体牛肉、离体猪大排六种材料在常温下的相位变化进行了研究。实验结果证明,在超导高场环境下(1.5T),以上有机组织对测温相移影响极小,MRI测温相位漂移主要来源于MRI设备参数和环境影响。3.对MRI相位信息精确采集与计算等关键技术问题进行了理论与实验研究。分析了磁共振成像过程中主要的噪声来源以及噪声分布模型,提出了非局部平均滤波方法(Non-Local Means,NLM),实验结果表明,NLM方法在保护图像局部信息的同时,有效提高峰值信噪比;针对多通道并行成像技术,提出了利用各个通道的幅度图像的模值大小作为权重进行相位差加权线性平均技术,实验结果表明多通道相位合成能有效提高测温的精度,减小测温误差的标准值。
[Abstract]:Malignant tumor has become one of the major public health problems in the world, and has become the first killer of human health in the new century. High intensity focused ultrasound (HIFU) is considered to be one of the best non-invasive heat therapy techniques in vitro. Accurate temperature monitoring is a key scientific and technological problem to ensure the effectiveness and safety of thermophysical therapy. At present, MRI temperature measurement technology has become the best choice in the process of tumor hyperthermia. Magnetic resonance thermometry is the best choice. Developed a variety of temperature measurement theoretical algorithms, However, in the process of practical use, the temperature measurement environment is affected by the drift of magnetic field, the tissue characteristics of the measured object, the environment of the human body, and so on. It is difficult to meet the requirement of MRI precise temperature measurement (the error of MRI temperature measurement is 2.5 鈩，

本文编号：1626892