基于生物传热模型的磁共振温度成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于生物传热模型的磁共振温度成像方法及系统，该方法包括以下步骤：S101，在hybrid算法中引入生物传热模型，修改正则约束项；S102，在温度分布计算过程中利用磁共振温度成像模型对生物传热模型的参数进行优化处理与实时更新；S103，利用Kalman滤波器将生物传热模型与磁共振温度成像模型进行结合，迭代更新图像。根据本发明专利技术的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，一方面能够保留hybrid算法对于运动以及温漂的抑制能力；另一方面还能够大大提升温度变化较小区域的重建误差，增加hybrid算法的适用性，提升预测的准确度。

【技术实现步骤摘要】
基于生物传热模型的磁共振温度成像方法及系统
本专利技术涉及生物医学工程
，尤其是涉及一种基于生物传热模型的磁共振温度成像方法及系统。
技术介绍
热疗技术作为一种微创甚至无创的新型肿瘤治疗手段，具有死亡率低、复发率低、术后恢复迅速等优点，肿瘤热疗的核心目的为在对肿瘤细胞进行灭活的同时，保障健康组织细胞的安全性。为了实现这一目的，肿瘤热疗过程中需要密切关注被加热区域及周边正常组织的温度变化情况，从而根据不同组织的热耐受度评估手术进度，进行合理手术规划。磁共振温度成像技术(magneticresonancetemperatureimaging,MRTI)由于能够对含水组织进行近实时、全局、无损的温度成像等有点，而且磁共振成像具有高的软组织对比度和成像分辨率，这一技术同时结合了测温及影响引导技术，因而在肿瘤热疗中具有最广泛的运用前景。在临床治疗的磁共振温度监控过程中，传统的磁共振成像序列需要较长的数据获取时间，在采集过程中温度是变化的，而重建的温度分布仅仅是采集过程中实际温度的拟合值，即时间平均效应，这会大大地降低该技术在临床中的运用前景。为了提升数据获取速度与时间分辨率，磁共振快速成像序列成为了一种选择，但是较高的时间分辨率与成像速度会导致空间分辨率的下降，扫描获得的图像质量较差，信噪比较低，为了解决这一问题，引入了生物传热模型进行辅助。生物传热(Bio-HeatTransfer,BHT)模型能够利用组织的初始条件、边界条件和热物理学参数，在已知外界热源输入的情况下，对生物组织的温度场变化情况进行模拟，从而预测未来某一时刻组织的温度分布。但是当硬件设施和选用序列一定时，时间分辨率、空间分辨率和图像质量三者在成像过程中不可兼得。因此，上述技术存在改进空间。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，该基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，一方面能够保留hybrid算法对于运动以及温漂的抑制能力；另一方面还能够大大提升温度变化较小区域的重建误差，增加hybrid算法的适用性，提升预测的准确度。本专利技术第二个目的提出了一种采用上述基于生物传热模型的磁共振温度成像方法的系统。本专利技术第三个目的提出了一种非临时性可读存储介质。根据本专利技术实施例的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，包括以下步骤：S101，在hybrid算法中引入生物传热模型，修改正则约束项；S102，在温度分布计算过程中利用磁共振温度成像模型对生物传热模型的参数进行优化处理与实时更新；S103，利用Kalman滤波器将生物传热模型与磁共振温度成像模型进行结合，迭代更新图像。根据本专利技术的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，一方面能够保留hybrid算法对于运动以及温漂的抑制能力；另一方面还能够大大提升温度变化较小区域的重建误差，增加hybrid算法的适用性，提升预测的准确度。根据本专利技术一个实施例的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，在步骤S101中，修改正则约束项的过程包括：S201，对病灶组织加热过程进行生物传热仿真模拟，得到测温时刻的模拟温度场；S202，通过磁共振中温度与PRF之间的强线性关系预测对应的相位变化量；S203，利用相位变化量对hybrid算法中的正则约束项进行修正，使相位场变化量的范数约束修改为相位场的测量值与预测值之差的范数约束。根据本专利技术一个实施例的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，对磁共振温度成像模型的参数采用拟牛顿法，通过求解Jacobbi矩阵实现对生物传热模型中参数的优化处理。根据本专利技术一个实施例的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，步骤S102包括：S301，根据生物传热模型初始参数确定判据条件和阈值；S302，根据判据条件，计算终止条件值和磁共振测得到温度分布值是否吻合，满足，终止运算，不满足，进入S303；S303，根据当前生物传热模型的参数值计算出此时的温度分布值，此时的温度分布值和磁共振测得到温度分布值作差，通过差分法计算Jacobbi矩阵；S304，根据Jacobbi矩阵，利用拟牛顿法更新参数向量，跳转至S302，通过若干次迭代，收敛得到准确参数值。根据本专利技术一个实施例的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，步骤S103包括：S401，用加热探针对病灶组织进行温度变化检测，筛选出温度大于阈值的部分作为监控区域；S402，使用Kalman滤波器对监控区域进行滤波处理；S403，将Kalman滤波器对监控区域的滤波过程放置在GPU上进行运算处理。根据本专利技术的第二方面的基于生物传热模型的磁共振温度成像系统，采用如第一方面任一种所述的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，包括：第一模块，用于执行在hybrid算法中引入生物传热模型、修改正则约束项；第二模块，用于执行在温度分布计算过程中利用磁共振温度成像模型对生物传热模型的参数进行优化处理与实时更新；第三模块，用于执行利用Kalman滤波器将生物传热模型与磁共振温度成像模型进行结合，迭代更新图像。进一步地，第一模块包括：第一模块A部，用于对病灶组织加热过程进行生物传热仿真模拟，得到测温时刻的模拟温度场；第一模块B部，用于通过磁共振中温度与PRF之间的强线性关系预测对应的相位变化量；第一模块C部，用于利用相位变化量对hybrid算法中的正则约束项进行修正，使相位场变化量的范数约束修改为相位场的测量值与预测值之差的范数约束。进一步地，第二模块包括：第二模块A部，用于根据生物传热模型初始参数确定判据条件和阈值；第二模块B部，用于根据判据条件，计算终止条件值和磁共振测得到温度分布值是否吻合；第二模块C部，用于根据当前生物传热模型的参数值计算出此时的温度分布值；第二模块D部，用于根据Jacobbi矩阵，利用拟牛顿法更新参数向量。综上，根据本专利技术第二方面的基于生物传热模型的磁共振温度成像系统，一方面能够保留hybrid算法对于运动以及温漂的抑制能力；另一方面还能够大大提升温度变化较小区域的重建误差，增加hybrid算法的适用性，提升预测的准确度。根据本专利技术的第三方面的非临时性可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一种所述的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法。所述非临时性可读存储介质与上述的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的基于生物传热模型的磁共振温度成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS101，在hybrid算法中引入生物传热模型，修改正则约束项；/nS102，在温度分布计算过程中利用磁共振温度成像模型对生物传热模型的参数进行优化处理与实时更新；/nS103，利用Kalman滤波器将生物传热模型与磁共振温度成像模型进行结合，迭代更新图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101，在hybrid算法中引入生物传热模型，修改正则约束项；
S102，在温度分布计算过程中利用磁共振温度成像模型对生物传热模型的参数进行优化处理与实时更新；
S103，利用Kalman滤波器将生物传热模型与磁共振温度成像模型进行结合，迭代更新图像。


2.根据权利要求1所述的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，其特征在于，在步骤S101中，修改正则约束项的过程包括：
S201，对病灶组织加热过程进行生物传热仿真模拟，得到测温时刻的模拟温度场；
S202，通过磁共振中温度与PRF之间的强线性关系预测对应的相位变化量；
S203，利用相位变化量对hybrid算法中的正则约束项进行修正，使相位场变化量的范数约束修改为相位场的测量值与预测值之差的范数约束。


3.根据权利要求1所述的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，其特征在于，对磁共振温度成像模型的参数采用拟牛顿法，通过求解Jacobbi矩阵实现对生物传热模型中参数的优化处理。


4.根据权利要求3所述的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，其特征在于，步骤S102包括：
S301，根据生物传热模型初始参数确定判据条件和阈值；
S302，根据判据条件，计算终止条件值和磁共振测得到温度分布值是否吻合，满足，终止运算，不满足，进入S303；
S303，根据当前生物传热模型的参数值计算出此时的温度分布值，此时的温度分布值和磁共振测得到温度分布值作差，通过差分法计算Jacobbi矩阵；
S304，根据Jacobbi矩阵，利用拟牛顿法更新参数向量，跳转至S302，通过若干次迭代，收敛得到准确参数值。


5.根据权利要求1所述的基于生物传热模型的磁共振温度成像方法，其特征在于，步骤S103包括：
S401，用加热探针对病灶组织进行温...

【专利技术属性】
技术研发人员：应葵，唐文丁，
申请(专利权)人：应葵，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11