基于自编码先验信息的高欠采样磁共振成像重建
发布时间：2021-04-04 00:54
从高度欠采样的磁共振采样数据重建出高质量的图像一直是磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）中的热点问题,这对于减少采集时间以减少病人等待时间非常重要。但是,随着k空间采样率的下降,由于不适定的问题,我们可能会面临多种挑战,例如噪声放大,对象边缘模糊和混叠伪像。受深度学习具有良好效果的启发,本论文研究基于深度学习的磁共振快速成像无监督学习方法。在无监督学习方法中,其目标是通过网络训练来学习完全采样图像的概率分布,然后将网络学习的图像先验作为显式约束来约束图像重建框架。我们利用网络学习先验信息作为MRI重建的正则化项。去噪自编码器（Denoising Autoencoder,DAE）由于其灵活的表示扩展和出色的图像恢复鲁棒性而在我们的迭代重建过程中被用作有效先验DAEP（Denoising Autoencoding Priors）。本篇论文的主要贡献如下:（1）这是首次在磁共振成像重建中引入DAEP。与最近采用基于端到端的卷积神经网络的方法不同,我们使用深度学习网络作为一种工具来学习常规的先验信息并将其合并到受约束的重建框架中。因此,一旦获得了通过网络学...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＢＤＡＥＰＲｅｃ模型的流程图??１．４章节安排??本论文围绕如何提取更有效的先验信息用于磁共振重建来展开，各个章节??－??
?第２章现论基础???第２章理论基础??要研究磁共振图像重建，我们首先需要研究磁共振图像的形成以及磁共振??图像相对于自然图像奋何区别。基于此我们在本章研宄了核磁共振原理、磁共??振图像的形成、ｋ空间特性以及磁共振的采样轨迹，为后续研究提供理论基矗??２．１核磁共振原理??磁共振成像的物理基础是核磁共振现象。??原子是由原子核和外层的电子组成，原子核由质子和中子组成，质子和中??了－都有确定的闩旋炻动量，质子中子的组合也就构成了原子的属性：核自旋以??及自旋角动量。核自旋会产也核磁矩／＾。其大小为／＾?：??／＾．ｖ?＝?ｒｐｓ?（２．１）??其屮ｙ为磁旋比，其值由特定的核决定，不同的原子核其值不同，对于我??们人体内元素，１Ｈ的Ｙ值最大为ｙ?＝１，?１９Ｆ的ｙ值为０．?８３，?２３Ｎａ的Ｙ值为０．０９３、??’屮的ｙ值为０．０６６。为自旋角动量矩的标量，由质子中子数决定。／心不为??零的核我们称为磁性核。只有磁性核才会产也磁共振现象。??迅然人体内的磁性核很多，ｆｉ．足我们？般采用１ｈ核叩来进彳ｙ？成像。采相４??核的原因是４核在人体内含量最高、Ｙ值最大，产生的信号强度最大。??迸＾??＜??？??後爾矩??ｒｉ旋执道??图２．１自旋核在静磁场Ｂ〇中运动示章图??虽然人器官组织内含有大量的磁性核，但是由于原子核的磁矩在空间的取??向是随机的，所以整个器官对外不显示磁性。只有当器官组织放在静磁场Ｂｕ时，??由于静磁场会对核磁矩有个作用力。这个作用力不仅会使得原来随机的磁矩方??向变得和外磁场呈现一定的角度并且使得磁性核围绕Ｂｕ旋转，如图２．丨所??７??
?第２章理论基础???是相互独立的。并且由他们的形成机理可得知，对ｆ？同组织器官Ｔ２＜?７１。值??得一提的是，横向弛豫时间不受静磁场Ｂｏ的影响。??２．２磁共振图像的形成??２．２．１磁共振成像的流程图??磁共振成像的流程图如２．２所示。??；：；??綱職?一—？麵鎖???；；；；ｎ零糞曾ｆ?：：：；??图２．２磁共振成像的流程图??图像编码模块包括ＲＦ发射／接收装置、梯度磁场模块，编码模块会产生编码??后的图像数据（Ｋ空间数据），图像重建模块就是将ｋ空间数据转为图像空间的??过程々??编码模块描述的是磁共振成像仪的编码过程，即从物体信号到ｋ空间信号的??变换过程。数学上矢量化公式如下：??Ｅｐ＝ｍ?（２．３）??其中ｅ是编码矩阵，ｐ足耑耍ｍ述物体的ｍ兮，ｍ是测丨ｉｔ的伯兮。磁共振??重建就是已知Ｅ、ｍ求Ｐ的过程。当编码矩阵是离散傅里叶变换（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ??Ｆｏｕｒｉｅｒ?Ｔｒａｎｓｌ＇ｏｍｉ，ＤＦＴ）时，我们可以通过采用快速傅里叶变换（Ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ??Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，?ＦＦＴ）来获得磁共振图像。??２．２．２磁共振信号的空间定位??由２．１．１章竹可知，我们可以通过放置作ｘｙ而的线圈产生的电流来反映出病??人器官的信９强度。似是我们只能获得整体器官的信号强度，无法获得各个体??素的信号强度。为了获得各个体素的信号强度，我们除了要施加静磁场Ｂ（，以及??射频脉冲以外，还需要施加三个相］Ｉ垂直且磁场强度随空间位置线性变化的梯??度磁场Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ。为Ｉ＂方便描述，我们■要对磁场进行空间坐标标注，其－中??Ｚ轴的方向和静磁场的方向一样，Ｘ轴Ｙ轴的方向由右手法则确定，如图
【参考文献】：
硕士论文
[1]基于复数卷积神经网络的静态磁共振成像研究[D]. 程慧涛.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2019
[2]基于迭代网络的快速磁共振成像[D]. 刘沂玲.南昌大学 2019
[3]基于卷积稀疏编码和多视角特征先验信息的图像恢复[D]. 熊娇娇.南昌大学 2018
本文编号：3117419
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＢＤＡＥＰＲｅｃ模型的流程图??１．４章节安排??本论文围绕如何提取更有效的先验信息用于磁共振重建来展开，各个章节??－??
?第２章现论基础???第２章理论基础??要研究磁共振图像重建，我们首先需要研究磁共振图像的形成以及磁共振??图像相对于自然图像奋何区别。基于此我们在本章研宄了核磁共振原理、磁共??振图像的形成、ｋ空间特性以及磁共振的采样轨迹，为后续研究提供理论基矗??２．１核磁共振原理??磁共振成像的物理基础是核磁共振现象。??原子是由原子核和外层的电子组成，原子核由质子和中子组成，质子和中??了－都有确定的闩旋炻动量，质子中子的组合也就构成了原子的属性：核自旋以??及自旋角动量。核自旋会产也核磁矩／＾。其大小为／＾?：??／＾．ｖ?＝?ｒｐｓ?（２．１）??其屮ｙ为磁旋比，其值由特定的核决定，不同的原子核其值不同，对于我??们人体内元素，１Ｈ的Ｙ值最大为ｙ?＝１，?１９Ｆ的ｙ值为０．?８３，?２３Ｎａ的Ｙ值为０．０９３、??’屮的ｙ值为０．０６６。为自旋角动量矩的标量，由质子中子数决定。／心不为??零的核我们称为磁性核。只有磁性核才会产也磁共振现象。??迅然人体内的磁性核很多，ｆｉ．足我们？般采用１ｈ核叩来进彳ｙ？成像。采相４??核的原因是４核在人体内含量最高、Ｙ值最大，产生的信号强度最大。??迸＾??＜??？??後爾矩??ｒｉ旋执道??图２．１自旋核在静磁场Ｂ〇中运动示章图??虽然人器官组织内含有大量的磁性核，但是由于原子核的磁矩在空间的取??向是随机的，所以整个器官对外不显示磁性。只有当器官组织放在静磁场Ｂｕ时，??由于静磁场会对核磁矩有个作用力。这个作用力不仅会使得原来随机的磁矩方??向变得和外磁场呈现一定的角度并且使得磁性核围绕Ｂｕ旋转，如图２．丨所??７??
?第２章理论基础???是相互独立的。并且由他们的形成机理可得知，对ｆ？同组织器官Ｔ２＜?７１。值??得一提的是，横向弛豫时间不受静磁场Ｂｏ的影响。??２．２磁共振图像的形成??２．２．１磁共振成像的流程图??磁共振成像的流程图如２．２所示。??；：；??綱職?一—？麵鎖???；；；；ｎ零糞曾ｆ?：：：；??图２．２磁共振成像的流程图??图像编码模块包括ＲＦ发射／接收装置、梯度磁场模块，编码模块会产生编码??后的图像数据（Ｋ空间数据），图像重建模块就是将ｋ空间数据转为图像空间的??过程々??编码模块描述的是磁共振成像仪的编码过程，即从物体信号到ｋ空间信号的??变换过程。数学上矢量化公式如下：??Ｅｐ＝ｍ?（２．３）??其中ｅ是编码矩阵，ｐ足耑耍ｍ述物体的ｍ兮，ｍ是测丨ｉｔ的伯兮。磁共振??重建就是已知Ｅ、ｍ求Ｐ的过程。当编码矩阵是离散傅里叶变换（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ??Ｆｏｕｒｉｅｒ?Ｔｒａｎｓｌ＇ｏｍｉ，ＤＦＴ）时，我们可以通过采用快速傅里叶变换（Ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ??Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，?ＦＦＴ）来获得磁共振图像。??２．２．２磁共振信号的空间定位??由２．１．１章竹可知，我们可以通过放置作ｘｙ而的线圈产生的电流来反映出病??人器官的信９强度。似是我们只能获得整体器官的信号强度，无法获得各个体??素的信号强度。为了获得各个体素的信号强度，我们除了要施加静磁场Ｂ（，以及??射频脉冲以外，还需要施加三个相］Ｉ垂直且磁场强度随空间位置线性变化的梯??度磁场Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ。为Ｉ＂方便描述，我们■要对磁场进行空间坐标标注，其－中??Ｚ轴的方向和静磁场的方向一样，Ｘ轴Ｙ轴的方向由右手法则确定，如图
【参考文献】：
硕士论文
[1]基于复数卷积神经网络的静态磁共振成像研究[D]. 程慧涛.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2019
[2]基于迭代网络的快速磁共振成像[D]. 刘沂玲.南昌大学 2019
[3]基于卷积稀疏编码和多视角特征先验信息的图像恢复[D]. 熊娇娇.南昌大学 2018
本文编号：3117419
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