【摘要】：研究背景高強度聚焦超聲(High intensity focused ultrasound,HIFU)提供了一個可精確聚焦治療腫瘤卻沒有皮膚切口的非侵入式治療方式。在其治療過程中,良好的影像監(jiān)控對保證治療的安全性和有效性是至關重要的。目前,超聲(Ultrasound,US)和磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)是主要的監(jiān)控手段。相比US監(jiān)控,MRI因其具有良好的軟組織對比度及獨特的實時無創(chuàng)溫度成像能力而成為監(jiān)控HIFU治療的首選成像方式。對于實時MR溫度成像,在保證良好測溫精度的同時,應盡可能提高時間分辨率和擴大空間覆蓋率。傳統(tǒng)的GRE和EPI序列是最常用的測溫序列。其中,GRE序列具有相對較高的信噪比,但其掃描時間過長。EPI序列具有較高的時間分辨率,但其圖像容易發(fā)生畸變或產生偽影,進而影響測溫精度。且目前大多數(shù)溫度監(jiān)控只是單個層面,有文獻報道過HIFU可能導致組織界面和遠場區(qū)域的不必要的加熱,這就容易損傷正常的組織。為能更安全、高效地監(jiān)控HIFU治療,在保證良好測溫精度的同時,應進一步提高MR溫度成像的時間分辨率及擴大空間覆蓋率。因此,本文探究基于回波平移射頻損毀梯度回波(Echo-shifted RF-spoiled GRE)序列與同時多層(Simultaneous multi-slice,SMS)成像技術進行MR溫度成像。目的1.探究echo-shifted RF-spoiled GRE序列的可行性及其測溫精度的標定;與傳統(tǒng)的射頻損毀梯度回波(RF-spoiled GRE)序列對比,突出echo-shifted RF-spoiled GRE序列低溫度不確定度的優(yōu)勢。2.實現(xiàn)SMS技術并探究echo-shifted RF-spoiled GRE序列結合SMS技術在溫度監(jiān)控中的應用,證明提出的序列技術在保證測溫精度的同時,能提高時間分辨率和擴大空間覆蓋率。方法1.Echo-shifted RF-spoiled GRE序列的探究通過設置不同翻轉角掃描標準仿體,測試echo-shifted RF-spoiled GRE序列的信號強度與翻轉角(Flip angle,FA)之間的關系是否符合理論推導值;采用1.2%的瓊脂粉(SIGMA-ALDRICH)和0.5%的氯化鈉及純水制作仿體,并在仿體中插入熒光光纖溫度計(INDIGO PRECISION,FOTS-DINA-1000-S,測溫精度為±0.05°C)探究仿體的降溫過程,用于標定echo-shifted RF-spoiled GRE序列的測溫精度。進行常溫離體豬肉對比實驗,找到echo-shifted RF-spoiled GRE和RF-spoiled GRE序列能達到最優(yōu)信噪比的翻轉角;對比相同時間分辨率下,echo-shifted RF-spoiled GRE序列與傳統(tǒng)RF-spoiled GRE序列的溫度不確定度。2.SMS技術的實現(xiàn)及在溫度監(jiān)控中的應用設計多頻帶脈沖將SMS技術與echo-shifted RF-spoiled GRE序列相結合,采用靈敏度編碼(Sensitivity encoding,SENSE)重建算法展開SMS混疊圖像,并進行仿體降溫實驗用熒光光纖溫度計標定echo-shifted RF-spoiled GRE結合SMS技術同時掃描兩個層面的測溫精度;進行HIFU加熱離體豬肝組織實驗,對比echo-shifted RF-spoiled GRE結合SMS掃描兩個層面和echo-shifted RF-spoiled GRE單獨掃描對應相同兩個位置層面的溫度變化情況。HIFU治療頻率為0.8 MHz,輸入電功率為25 W,使用西門子商用4通道小柔線圈。所有實驗均在西門子3 T磁共振掃描儀(Siemens,MAGNETOM,Erlangen,Germany)下進行,數(shù)據(jù)后處理用MATLAB(Mathworks 2015a,Natick,MA)和Origin(Origin 8.5,Origin Lab,USA)完成。結果1.Echo-shifted RF-spoiled GRE序列的探究通過改變翻轉角,得到信號強度與翻轉角之間的關系基本符合理論推導值;仿體降溫實驗中用光纖溫度計標定echo-shifted RF-spoiled GRE序列的測溫誤差為-0.02±0.10°C,單次掃描時間為1.35 s。在離體豬肉組織中,設定相同的掃描參數(shù),echo-shifted RF-spoiled GRE和RF-spoiled GRE序列能達到最優(yōu)信噪比的翻轉角均為10°。在相同的時間分辨率下,雖然echo-shifted RF-spoiled GRE的信噪比小于RF-spoiledGRE序列,但前者的溫度變化不確定度小于后者(分別為1.04°C和2.75°C)。2.SMS技術的實現(xiàn)及在溫度監(jiān)控中的應用用SENSE重建算法實現(xiàn)了SMS技術;echo-shifted RF-spoiled GRE序列結合SMS技術測量仿體降溫實驗中,用光纖溫度計標定得到兩個層面的測溫誤差分別為:-0.01±0.06°C和0.01±0.06°C;HIFU加熱實驗中,單次掃描時間為0.86 s。采用echo-shifted RF-spoiled GRE結合SMS得到兩個層面的溫度變化結果與echo-shifted RF-spoiled GRE單獨掃描對應相同位置層面得到的溫度變化結果較為一致。結論研究表明echo-shifted RF-spoiled GRE序列具有較高的測溫精度及較高的時間分辨率。相同時間分辨率下,與傳統(tǒng)的RF-spoiled GRE序列相比,echo-shifted RF-spoiled GRE序列具有更低的溫度不確定度。使用SMS技術后,在保證測溫精度的同時不僅提高了時間分辨率,而且增大了空間覆蓋率。
【學位授予單位】：重慶醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R445.2
【圖文】：

圖 1-1 高強度聚焦超聲（HIFU）治療腫瘤原理示意圖 1-1 Diagram for the principle of High intensity focused ultrasound (HIFU) for tumor treatm共振成像引導 HIFU 治療FU 治療中，為了能精確地將超聲能量投放到靶區(qū)，及時地評估治療引導和監(jiān)控顯得尤為重要。只有實時精確監(jiān)控 HIFU 治療過程中靶區(qū)和范圍，才能達到安全、高效的治療目的[11]。超聲（Ultrasound, US像（Magnetic resonance imaging, MRI）是主要的監(jiān)控 HIFU 治療手IFU 是根據(jù)治療過程中實時靶區(qū)組織的灰度變化來判斷治療效果的。以靶區(qū)出現(xiàn)團塊狀高回聲改變或整體灰度明顯增加認為靶區(qū)的組織壞死。有研究報道顯示，HIFU 治療過程中 US 監(jiān)控未觀察到灰度變時也已經發(fā)生了凝固性壞死，而當監(jiān)控中出現(xiàn)強回聲時，靶區(qū)可能度治療。可見US影像監(jiān)控HIFU治療和判斷損傷程度的方法存在局限

圖 2-1 Echo-shifted RF-spoiled GRE 序列圖。Fig. 2-1 Diagram of echo-shifted RF-spoiledGRE sequence..3 SMS 技術同時激發(fā)和采集多個層面的可能優(yōu)勢是在 MRI 的發(fā)展早期中實現(xiàn)的[52]。在的成像技術中，一組回波只包含單個層面的圖像信息，當使用 SMS 技術時[5組回波可以包含多個層面的圖像信息[54]。基于 CAIPIRINHA 技術[50]的 SMS過同時激發(fā)和采集多層圖像的混疊信號，再通過接收線圈的空間靈敏度差異疊的多層圖像進行重建，從而加快磁共振成像的掃描速度，減少掃描時間[55于對混疊區(qū)域作出平移，使得線圈靈敏度在空間上顯示出較大差異，線圈 g-fa起的信噪比下降并不明顯[56]。據(jù)有關報道，SMS 成像已為各種 MR 應用提供數(shù)據(jù)采集和減少 RF 能量沉積[57]。最初在腦功能成像中引入 SMS 技術，其使[58,59]

【參考文獻】

相關碩士學位論文 前2條

1 李雅芬;基于MRI測溫的HIFU致離體生物組織凝固性壞死的熱劑量研究[D];重慶醫(yī)科大學;2013年

2 王彬;準靜態(tài)彈性成像及其監(jiān)控聚焦超聲致組織損傷的研究[D];重慶醫(yī)科大學;2011年

本文編號：2724002