基于磁共振定量成像的数字图像增强的研究
发布时间：2022-01-19 04:14
磁共振定量成像技术可以对人体的多种生理组织参数等进行定量衡量,为临床上的疾病诊断提供更加客观的依据。另一方面,合成磁共振成像技术可基于质子密度（protondensity,PD）定量图,纵向驰豫时间T1定量图,横向驰豫时间T2定量图,使用相应的信号产生公式可以得到多种与真实扫描的磁共振图像质量相近的合成磁共振图像,从而有效减少总扫描时间。本论文作了两方面相关工作:（1）针对常规合成磁共振图像的对比度以及对于疾病的检测能力无法超过真实扫描磁共振图像的问题,本文中提出一种增强合成磁共振成像技术,可提高合成磁共振图像的成像质量,显著改善合成磁共振图像的组织对比度,促进其对于临床病变的检测效果。（2）定量磁敏感成像（quantitative susceptibility mapping,QSM）可以对组织磁化率进行定量成像,对铁含量,钙化程度等的测量有着很好的效果。由于常规QSM重建方法无法对于较短扫描时间的数据得到较高质量的定量磁敏感图像,本文中验证了使用3DU-Net神经网络对于单回波梯度回波（gradientecho,GRE）相位数据,低分辨率单回波GRE相位数据,磁敏感加权成像（sus...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１ＭＲＦ数据采集，重建与识别流程图
２１］。?．??ＱＳＭ使用的扫描序列为ＧＲＥ序列，由公式（２．７）和公式（２．８）可知，利用??ＧＲＥ序列的相位图像可以拟合得到场图，再由场图经过磁偶极子反卷积操作即??可以求解得到磁化率分布图，即ＱＳＭ图像。由于磁共振扫描仪所能获得的初始??相位图像会发生相位卷绕现象，其值会限制在－ＴＴ？ｒｒ之间，同时得到的场图也包含??背景场的影响，所以由ＧＲＥ相位图像进行ＱＳＭ图像重建一般分为三个步骤：??相位解卷绕，背景场去除，磁偶极子反卷积操作［２１，７１］。ＱＳＭ重建的整体流程如??图２．２所示。??｜?Ｆｉｌｔｅｒ?｜?Ｓｏｌｖｅ??１?Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ?Ｐｈａｓｅ?丨?Ｉｎｖｅｒｓｅ?Ｐｒｏｂｌｅｍ??Ｒａｗ?Ｐｈａｓｅ?Ｕｎｗｒａｐｐｅｄ?Ｐｈａｓｅ?Ｔｉｓｓｕｅ?Ｐｈａｓｅ?Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ??图２．２?ＱＳＭ重建流程图。此图引自文献［７１］。??对于相位解卷绕以及背景场去除两个步骤，现已有算法可以很好地解决这两??个步骤中遇到的问题，ＱＳＭ重建中最大的难点是磁偶极子反卷积操作。??由公式（２．７）可知，对场图进行空间域的磁偶极子反卷积操作可以求解得到??ＱＳＭ图。实际计算中，反卷积操作转化到Ｋ空间域进行计算。公式（２．７）在Ｋ??空间的表现形式为：??ｂ（ｋ）?＝?ｙｆｌ〇?＾（ｋ）?（２．９）??／ｃ表示的是Ｋ空间向量，／＾是＆在主磁场方向的分量，表示ｂ（ｋ）表示场图的傅里??１６??
浙江大学硕士学位论文?相关技术概述??叶变换结果，ｚ〇＜）表示磁化率分布图的傅里叶变换结果，ｙ表示旋磁比，＾表示??主磁场的场强。所以空间域的磁偶极子反卷积操作又可以转化为Ｋ空间域的除??法［７｜］。由公式（２．９）可知，当磁偶极子核的位置相对于主磁场的角度为土５４．７°??时，其值为０，所以磁偶极子反卷积计算是个病态问题［７２］。磁偶极子核在图像域??和Ｋ空间域的表示如图２．３所示。??⑷?，（ｂ）?—?⑷??图２．３磁偶极子核在空间域（ａ，?ｂ）和Ｋ空间域（ｃ，?ｄ）的表示。ａ：空间域磁偶极子中??央的矢状切面，ｂ：空间域磁偶极子核表面图，ｃ：?Ｋ空间域磁偶极子核中央的矢状切面，??红线所指的为绝对值较小的区域，ｄ：?Ｋ空间域磁偶极子核的值为０的表面图。此图引自文??献【７２】。．??目前，研究人员发明出不同的算法进行磁偶极子反卷积的处理。如ＴＫＤ，??ＭＥＤＩ，?ＳＴＡＲ－ＱＳＭ，ＣＯＳＭＯＳ。关于ＴＫＤ算法丨４Ｍ６】，由于在Ｋ空间域中，磁??偶极子值较小的值仅在图２．３?（ｄ）中所示椎体的表面以及其临近位置，ＴＫＤ算??法将Ｋ空间域磁偶极子核在该位置处的空间频率值设定为非０的值，然后再进??行除法操作。ＴＫＤ算法原理较为简单，容易实施，计算速度快，但是其计算出的??ＱＳＭ图像会有条带伪影出现，并不是一种特别理想的算法。关于ＭＥＤＩ算法［４７］，??因为人体組织种类的改变会造成幅值数据对比度的改变，同样也会造成磁化率的??改变，所以幅值数据的组织边界应该也是ＱＳＭ图像的组织边界。ＭＥＤＩ将幅值??图像的信息作为一种先验知识应用于ＱＳＭ的求解中去，对于在幅值数据中非边??界的位置，通过加权的Ｌ１范数最小化
本文编号：3596190
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１ＭＲＦ数据采集，重建与识别流程图
２１］。?．??ＱＳＭ使用的扫描序列为ＧＲＥ序列，由公式（２．７）和公式（２．８）可知，利用??ＧＲＥ序列的相位图像可以拟合得到场图，再由场图经过磁偶极子反卷积操作即??可以求解得到磁化率分布图，即ＱＳＭ图像。由于磁共振扫描仪所能获得的初始??相位图像会发生相位卷绕现象，其值会限制在－ＴＴ？ｒｒ之间，同时得到的场图也包含??背景场的影响，所以由ＧＲＥ相位图像进行ＱＳＭ图像重建一般分为三个步骤：??相位解卷绕，背景场去除，磁偶极子反卷积操作［２１，７１］。ＱＳＭ重建的整体流程如??图２．２所示。??｜?Ｆｉｌｔｅｒ?｜?Ｓｏｌｖｅ??１?Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ?Ｐｈａｓｅ?丨?Ｉｎｖｅｒｓｅ?Ｐｒｏｂｌｅｍ??Ｒａｗ?Ｐｈａｓｅ?Ｕｎｗｒａｐｐｅｄ?Ｐｈａｓｅ?Ｔｉｓｓｕｅ?Ｐｈａｓｅ?Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ??图２．２?ＱＳＭ重建流程图。此图引自文献［７１］。??对于相位解卷绕以及背景场去除两个步骤，现已有算法可以很好地解决这两??个步骤中遇到的问题，ＱＳＭ重建中最大的难点是磁偶极子反卷积操作。??由公式（２．７）可知，对场图进行空间域的磁偶极子反卷积操作可以求解得到??ＱＳＭ图。实际计算中，反卷积操作转化到Ｋ空间域进行计算。公式（２．７）在Ｋ??空间的表现形式为：??ｂ（ｋ）?＝?ｙｆｌ〇?＾（ｋ）?（２．９）??／ｃ表示的是Ｋ空间向量，／＾是＆在主磁场方向的分量，表示ｂ（ｋ）表示场图的傅里??１６??
浙江大学硕士学位论文?相关技术概述??叶变换结果，ｚ〇＜）表示磁化率分布图的傅里叶变换结果，ｙ表示旋磁比，＾表示??主磁场的场强。所以空间域的磁偶极子反卷积操作又可以转化为Ｋ空间域的除??法［７｜］。由公式（２．９）可知，当磁偶极子核的位置相对于主磁场的角度为土５４．７°??时，其值为０，所以磁偶极子反卷积计算是个病态问题［７２］。磁偶极子核在图像域??和Ｋ空间域的表示如图２．３所示。??⑷?，（ｂ）?—?⑷??图２．３磁偶极子核在空间域（ａ，?ｂ）和Ｋ空间域（ｃ，?ｄ）的表示。ａ：空间域磁偶极子中??央的矢状切面，ｂ：空间域磁偶极子核表面图，ｃ：?Ｋ空间域磁偶极子核中央的矢状切面，??红线所指的为绝对值较小的区域，ｄ：?Ｋ空间域磁偶极子核的值为０的表面图。此图引自文??献【７２】。．??目前，研究人员发明出不同的算法进行磁偶极子反卷积的处理。如ＴＫＤ，??ＭＥＤＩ，?ＳＴＡＲ－ＱＳＭ，ＣＯＳＭＯＳ。关于ＴＫＤ算法丨４Ｍ６】，由于在Ｋ空间域中，磁??偶极子值较小的值仅在图２．３?（ｄ）中所示椎体的表面以及其临近位置，ＴＫＤ算??法将Ｋ空间域磁偶极子核在该位置处的空间频率值设定为非０的值，然后再进??行除法操作。ＴＫＤ算法原理较为简单，容易实施，计算速度快，但是其计算出的??ＱＳＭ图像会有条带伪影出现，并不是一种特别理想的算法。关于ＭＥＤＩ算法［４７］，??因为人体組织种类的改变会造成幅值数据对比度的改变，同样也会造成磁化率的??改变，所以幅值数据的组织边界应该也是ＱＳＭ图像的组织边界。ＭＥＤＩ将幅值??图像的信息作为一种先验知识应用于ＱＳＭ的求解中去，对于在幅值数据中非边??界的位置，通过加权的Ｌ１范数最小化
本文编号：3596190
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