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基于模型的磁共振温度成像

作　者: 李诚
导　师: 应葵
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: 磁共振温度成像水质子共振频率脂肪多回波GRE序列 Cramer-Rao下限
分类号: O482.531
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 25次
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内容摘要

定量磁共振测温技术已成为肿瘤热疗过程中无创地实时监控目标组织温度一种有效手段。磁共振温度成像可基于多种温度敏感的磁共振参数,如自旋-晶格驰豫时间T1、扩散系数D和水质子自旋频率(PRF)。其中PRF方法由于其良好的温度灵敏度、线性和组织无关性而被广泛采用。但是,传统的PRF相位相减法易受脂肪质子、运动和磁场漂移等因素的干扰,而磁共振波谱成像法较低的时空分辨率限制其应用于临床的实时监控。本文提出以脂肪质子为内在参考物的基于多回波GRE序列的温度模型来解决上述两种PRF方法的现存问题;利用扩展Prony算法和最大似然LM算法对该温度模型进行拟合来估计含有温度信息的油水间化学位移;以Cramer-Rao下限为工具,通过对温度模型的噪声分析来评估两种算法的有效性和组织参数、序列成像参数对温度估计精度的影响;通过仿体实验来评价新方法的测温有效性和稳定性。实验结果显示与热电偶测温相比,新方法的最大温度误差和标准差分别为0.614oC和0.06oC,验证了基于模型的温度成像新方法的可行性以及相比于传统相位相减法的优越性。本文的工作为进一步的临床应用作了前期的技术准备。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-14
  1.1 课题背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 现有的无创测温技术  10-11
    1.2.2 磁共振测温技术  11-12
  1.3 本论文的研究目标与内容  12-13
  1.4 论文结构安排  13-14
第2章磁共振温度成像原理  14-29
  2.1 磁共振温度成像方法  14-19
    2.1.1 基于自旋-晶格弛豫时间T_1  14-16
    2.1.2 基于水分子扩散系数D  16-18
    2.1.3 基于水质子共振频率偏移（PRF）  18
    2.1.4 其他方法简介  18-19
  2.2 PRF 温度成像方法  19-24
    2.2.1 PRF 方法原理  19-21
    2.2.2 PRF 相位相减法  21-23
    2.2.3 磁共振波谱成像法（MRSI）  23-24
  2.3 PRF 方法现存的问题  24-27
  2.4 总结与讨论  27-29
第3章以脂肪为内在参考物的温度模型  29-40
  3.1 利用内在参考物的温度成像方法  29-30
  3.2 以脂肪质子为内在参考物的初步温度模型  30-31
  3.3 以脂肪质子为内在参考物的一般温度模型  31-33
  3.4 温度估计算法  33-38
    3.4.1 非线性最小二乘迭代估计  33-35
    3.4.2 非迭代参数估计法  35-38
  3.5 总结与讨论  38-40
第4章温度成像实验与结果  40-57
  4.1 实验条件概述  40-41
    4.1.1 仿体  40
    4.1.2 实验设备  40-41
  4.2 基于GRE 序列的初步温度模型验证  41-43
    4.2.1 实验过程  41
    4.2.2 实验结果与讨论  41-43
  4.3 基于b-SSFP 序列的初步温度模型验证  43-47
    4.3.1 平衡稳态自由进动（b-SSFP）序列  43-45
    4.3.2 实验条件  45
    4.3.3 实验结果与讨论  45-47
  4.4 新温度模型的仿体实验  47-53
    4.4.1 双极性多回波GRE 序列  47-48
    4.4.2 实验条件  48-49
    4.4.3 实验结果与讨论  49-53
  4.5 运动与磁场干扰的仿体实验  53-56
    4.5.1 实验条件  53-54
    4.5.2 实验结果与讨论  54-56
  4.6 总结与讨论  56-57
第5章温度图像的信噪比分析  57-72
  5.1 Cramer-Rao 下限  57-60
    5.1.1 Cramer-Rao 下限定理  57-58
    5.1.2 温度估计的CRLB  58-60
  5.2 估计算法对温度估计误差的影响  60-62
  5.3 组织参数对温度估计误差的影响  62-68
    5.3.1 油水比例的影响  62-66
    5.3.2 其他组织参数的影响  66-68
  5.4 序列成像参数对温度估计误差的影响  68-70
  5.5 总结与讨论  70-72
第6章总结与展望  72-76
  6.1 本文工作总结  72-73
  6.2 工作展望  73-76
参考文献  76-81
致谢  81-82
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  82-83

基于模型的磁共振温度成像

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