部分容积效应下的神经纤维方向估计模型与算法
[Abstract]:Diffusion magnetic resonance imaging (DMR) based white matter imaging is the only noninvasive method to reconstruct the microstructures of brain tissue in vivo. Among various diffusion-magnetic resonance methods, high-angle resolution diffusion imaging (HARDI) technique not only overcomes the disadvantage of diffusion-Zhang Liang model to reconstruct cross-fibers, but also requires a small number of diffusion samples, so it has become a hot spot in the field of brain fiber imaging. As one of the most efficient HARDI imaging methods, spherical deconvolution model greatly improves the accuracy of fiber reconstruction angle. However, due to the relatively large volume of sampled voxels, there is a partial volume effect between brain tissues, which will lead to the inaccuracy of traditional fiber imaging methods. Based on the classical spherical deconvolution model, a new model of cerebral fiber imaging is designed in this paper, and the problems of high-order harmonic truncation of spherical harmonic function and ill-posed least-squares algorithm in the deconvolution model are solved. The main work of this paper is as follows: (1) A multi-response kernel function model is proposed for the partial volume effect in brain tissue. Considering the isotropic diffusion signal and anisotropic diffusion signal in the tissue, the new fiber direction distribution function is obtained in this model, and the isotropic diffusion signal can be separated from the diffusion-weighted signal. It overcomes the partial volume effect in the tissue and provides a more accurate estimation of fiber direction. (2) based on the dictionary basis function to represent the fiber direction distribution function, a new quantitative isotropic signal strength index is proposed. Based on the multi-response kernel function model, the isotropic diffusion signals in the tissue are separated by a part of the fiber direction distribution function. (3) A Richardson-Lucy (RL) algorithm for solving the spherical deconvolution model of the multi-response kernel function is proposed. Using extra prior knowledge, the algorithm adds total variation regularization and sparse regularization to the model to solve the highly ill-posed problem of the least squares algorithm, which ensures the non-negative orientation of the fiber. The experimental results of simulated data and actual human brain data show that the proposed method can obtain a more accurate direction of fiber reconstruction and improve the resolution of fiber angle significantly. The new quantitative index shows better characteristics than FA,GFA and so on.
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R741.044;TP391.41
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,本文编号:2252547
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