基于Pseudo-Polar采样的实时在线动态磁共振成像技术研究

发布时间：2020-05-27 08:58

【摘要】：在磁共振成像应用中,成像时间和成像质量通常是相互制约的关系。因此,在保证成像质量的情况下,尽可能的缩短成像时间,或者确保短的成像时间的情况下,尽可能提高成像质量多年来都是磁共振成像领域的研究热点。新的实时在线动态磁共振成像领域在确保成像质量的前提下,对成像时间提出了更高的要求。本文主要研究了实时在线动态磁共振成像技术,研究了基于卡尔曼滤波和基于预测补偿的两类实时在线磁共振成像方法,首次提出了将Pseudo-Polar采样用于实时在线成像的方法,通过GPU加速来达到实时在线成像目的。基于心脏和咽喉的动态磁共振成像数据,通过仿真实验,初步验证了所提方法的可行性。本文主要从以下几个方面展开工作:(1)研究了基于卡尔曼滤波器模型的动态磁共振成像技术。研究了卡尔曼滤波器的理论模型,对模型的参数应用了协方差对角化假设,对模型进行了简化。研究了将卡尔曼滤波器模型与SLAM(Selective Line Acquisition Mode)技术相结合的方法,并将该方法应用于心脏和咽喉的动态磁共振成像。仿真实验结果证明,在相同的条件下,基于卡尔曼滤波器模型的实时在线动态磁共振成像方法比早先的视图共享技术方法的成像质量要好,成像时间要多。(2)研究了基于MPOD(Motion Predicted Online Dynamic)的实时在线磁共振成像方法。MPOD算法包含运动估计(Motion Estimate,ME)和运动补偿(Motion Compensation,MC)两部分。基于前三帧图像进行ME部分的预测帧估计,使用快速匹配搜索算法(Adaptive Rood Pattern Search,ARPS)进行预测时的运动块匹配。为了抑制ME中的块状伪影,在MC部分使用重叠块运动补偿算法(Overlapped Block Motion Compensation,OBMC)来抑制块状伪影。基于迭代软阈值算法(Iterative Soft Thresholding,IST)对残差进行重建,并对预测值进行校正。仿真实验结果表明,在相同的欠采样率下,基于预测的方法比基于直接差分的方法有更好的重建质量和更短的成像时间。(3)研究了基于Pseudo-Polar采样的实时在线动态磁共振成像技术。提出基于非笛卡尔坐标的Pseudo-Polar轨迹来进行数据采集,Pseudo-Polar轨迹中的采样点均匀的落在笛卡尔采样网格上,避免了将非笛卡尔采样数据插值到到笛卡尔坐标上的耗时网格化运算,可直接利用Pseudo-Polar傅里叶正反变换进行图像重建,该方法可将实时在线法的IST迭代次数从以前的10次减小到5次,缩短了重建时间,通过GPU加速法,可进一步加快成像的速度。实验结果证明,在相同的欠采样率下,该方法比卡尔曼滤波器模型与SLAM结合法、基于MPOD法、或基于极坐标采集的方法成像质量更佳。
【图文】：

自旋,磁场,原子核,分子

浙江省硕士学位论文第 2 章磁共振成像基本原理信号的产生和拉莫进动自旋的原子核在磁场中与电磁波相互作用的一种物理现象或原子组成的，分子是由原子组成的，例如 H2O 分子是由。当然人体组织也是由分子、原子构成的，如 C、O、H 等成像检测提供了物质基础。因为人体中水的含量是最多的原子核1H 只有一个自旋质子，，结构最单纯又能提供最强的振成像主要利用人体内的氢原子核。原子核带正电，且不停Spin)，如图 2.1。

进动,现象,自旋,氢原子

氢原子核1H 只有一个自旋质子，结构最单纯又能提供最强的磁磁共振成像主要利用人体内的氢原子核。原子核带正电，且不停地旋(Spin)，如图 2.1。图 2.1 原子核的自旋的情况下，每一个质子的自旋均会产生很小的磁场[47]，但呈随机的之间会相互抵消，本身不会表现出宏观磁化矢量，如图 2.2(a)。把场中，带电的质子就会产生进动现象，如图 2.2(b)。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;O482.532

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