基于剪切波变换与高阶全变差的磁共振图像重构方法研究

发布时间：2020-09-21 20:44

　　随着磁共振成像技术在临床上的应用越来越广泛,对磁共振成像质量和速度也提出了越来越高的要求。由于磁共振成像过程对病人身体和器官的移动十分敏感,稍微的移动便会使磁共振成像结果产生运动伪影。因此如何有效减少K空间数据,缩短磁共振设备扫描时间,提高磁共振成像速度,成为磁共振研究热点问题。本文研究一种基于高阶全变差模型(HDTV)来重构磁共振图像,相比传统全变差(TV)、总广义变差(TGV)磁共振成像方法的重构性能。基于HDTV模型的磁共振重构方法能够提高磁共振图像的重构质量,减少重构误差,具有更高的信差比,更小的相对L2范数误差以及更好的平均结构相似性,但HDTV方法所需重构时间最长。在此基础上,一种基于广义高阶全变差(GHDTV)模型用于重构磁共振图像,利用快速交替最小化方法求解基于广义高阶全变差模型的磁共振图像重构凸优化问题。实验结果表明,在不同加速因子下,与高阶全变差重构方法对比,广义高阶全变差方法重构的磁共振图像质量更好,具有更高的信差比,更小的相对L2范数误差,而且重构时间少于高阶全变差方法。本文提出了结合剪切波变换与高阶全变差(ST-HDTV)模型来重构磁共振图像,通过快速分裂复合算法和快速迭代收缩阈值算法求解提出的模型,并采用两组不同的心脏欠采样磁共振数据验证ST-HDTV的重构性能。实验结果表明,基于ST-HDTV模型的磁共振重构方法能够有效地提高磁共振图像重构的清晰度、减少磁共振图像重构误差,获取更多的数据细节信息。在不同加速因子下,与GHDTV和ST-TGV方法相比,基于ST-HDTV方法重构的磁共振图像可有效消除重构的“阶梯效应”和“纹理损失效应”,具有更好的重构质量。因此,基于ST-HDTV的算法具有更好的重构效果与应用前景。
【学位单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R445.2;TP391.41
【部分图文】：

采样模式,笛卡尔

三维笛卡尔采样模式是通过选层梯度编码和相位编码来实现两个维度上的编码，再通过频率编码实现第三维度上的数据采集，从而实现对三维K空间的数据填充。下图2.1为笛卡尔采样模式。图2.1 笛卡尔采样模式2.1.2 随机采样为了生成K空间随机采样模式，以一个笛卡尔网格为样本，对其每一个网格点施加一个小的随机漂移，漂移后的网格点就是采样点的位置，记任意随机采样点 ,i ju v 在k空间的坐标为：

模式图,欠采样,模式,梯度磁场

yk 方向上的间隔应减少一半。下图2.2为随机欠采样模式。图2.2 随机欠采样模式2.1.3 径向采样在磁共振成像系统中，可以利用径向采样方法直接减少数据采样数目，或者将数据通过非笛卡尔采样模式来填充K空间，以达到缩短数据采集时间的目的。其中，径向采样方法摒弃了传统并行直线式采样模式，改用沿辐射式的方式来采集MR数据。径向采样利用正弦梯度磁场、Gx和Gy编码梯度磁场来改变相位编码。使总净梯度矢量方向与x 轴成任意角度。这里，x 方向、 y方向的总梯度强度G 和满足以下关系：22xyG G G, tan()1xyGGθ 2-(2)使用极坐标表示为：GGθx cos， sin yG G2-(3)根据梯度磁场与k空间之间的对应关系有：

采样模式,径向,笛卡尔

、网格化法[19,20]等。下图2.3为径向采样模式。图2.3 径向采样模式目前数据采样方法使用最广泛的仍然是笛卡尔采样模式，因为笛卡尔数据采集过程相对简单，算法简便易行，并且具有良好的系统鲁棒性，在实际应用中成本较低。但是，由于笛卡尔采样是采用逐行采样的模式，对运动造成的伪影十分敏感。与笛卡尔采样模式相比，径向采样模式[21]更具发展潜力，主要有以下两个原因：第一，在径向采样中，每条径

【参考文献】