基于改进压缩感知算法的磁共振参数成像的研究

发布时间：2020-07-16 07:33

【摘要】：随着科技的发展以及人们生活水平的提高，人类的身体健康成为整个社会越来越关注的问题，在此背景下，医学影像的发展势头良好，因此关于医学影像的研究也变得炙手可热，并呈现出蓬勃发展的局面，成为中国新一代的朝阳产业。 目前医学图像领域应用较为广泛的当属磁共振成像、超声、CT等方法，其中磁共振成像因其成像质量较高，对人体无损伤等优势应用范围越来越广泛。其中磁共振参数成像在临床应用中较为广泛，通过对磁共振参数图像各点参数值的分析能够得到人体组织病变情况，当前磁共振参数成像是磁共振成像的一个主要研究方向。本文对人体膝关节软骨部分进行磁共振参数T2成像，通过对膝盖软骨部分的T2值的判断，得到膝盖病变情况，在临床上对及时预防关节炎，关节囊肿等疾病有一定预防和指示作用。本文是在膝关节磁共振参数成像基础上进行研究，针对磁共振参数成像速度慢，扫描时间过长这一问题，提出了基于改进压缩感知算法的磁共振参数成像方法，旨在提高磁共振参数成像速度的同时，保证成像质量。目前压缩感知因其对欠采数据良好的重建能力在磁共振成像中应用较为广泛。基于压缩感知算法在磁共振参数成像中的应用，本文提出了改进算法，对参数成像过程中出现的多幅图像在时间轴上的稀疏变换进行研究。目前在磁共振参数成像中，压缩感知理论在时间轴上选取一维主成分分析方法作为稀疏变换。研究前沿方向是在参数成像中压缩感知理论在时间轴上的稀疏变换，由一维主成分分析变换能够取得比傅里叶变换较好的磁共振参数成像质量，本文在此基础上提出两种改进方法。第一种，针对成像速度慢这一现象，提出用二维主成分分析代替一维主成分分析，作为参数成像过程中时间轴上的稀疏变换，相应的对压缩感知算法重建部分进行调整，以此达到缩短成像时间的目的，使用该方法对实验数据进行处理，得到了较为理想的结论，在相同硬件运行条件下成像速度由原来的122.9s缩短为现在的33.9s，成像质量也有所提高，图像均值误差由原来的0.21减小为现在的0.19。为了近一步提高成像质量，本文提出了第二种方法，用来取代二维主成分分析在时间轴上作为稀疏变换，即将小波算法与主成分分析相结合，本文称为WAVAPCA算法。在一维主成分分析作为稀疏变换的前提下，使用WAVEPCA变换对之前数据进行预处理，对原始数据首先进行小波变换，将得到的小波系数按维数整理并对该系数矩阵进行一维主成分分析，得到最后的稀疏系数，再反变换回到图像域，经过此番处理，即将进行重建的数据将会变得更为稀疏，在压缩感知理论中，数据越稀疏，其重建效果越好。通过对实验数据的仿真处理，取得了相对理想的结果，成像质量提高较明显。 本文提出的这两种方法侧重点，一个是针对成像速度慢的问题进行改进，另一个是针对成像质量仍需提高这一问题进行改进。通过对真实数据的处理，分别证明能够取得较为理想的结论。在今后对磁共振参数成像的研究中，这两点如何能够恰当的融合也是值得探索的问题。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R310;TN911.7
【图文】：

图 1.1 常见的磁共振 MRI 人脑图像及腿部图像MRI 是通过对处在静磁场中人体施加一个特定频率的射频脉冲，也被称frequency，RF，使人体组织中的氢质子因受到射频脉冲的激励而产生进动的磁共当射频脉冲中止后，进动的氢质子在弛豫过程中返回射频信号，即磁共振信号，线圈所接收，再利用梯度磁场对该信号进行空间定位以判断其在人体对应的位置行图像重建。与其他医学成像技术相比较，核磁共振成像具有很多显著的特点：磁共振成像不使用电离辐射，以射频脉冲作为成像的能量源，对人体无损、为安全；磁共振成像对脑组织和软组织分辨力极好，能够清楚的显示出脑白质、脑灰肌腱、脂肪等软组织以及软骨组织，解剖结构以及组织的病变形态显示的非常清多方位成像，对被检查的部位能够进行冠状位、矢状位、轴位三个方向成像何倾斜方位进行层面成像，能够再现体内组织结构和病变的位置以及相互之间的

吉林大学硕士学位论文的磁场进动的速率是ω1= γB1其中B1代表的是射频脉冲所致的微弱磁场，因道有两个磁场在对质子进行作用，其中一个是 B0，是相对较强的外磁场，是 RF 射频脉冲产生的很弱的磁场，那么在两个磁场的作用下，质子将会做磁化矢量又是如何变化的呢？如下图 2.4 所示：

图 2.5 矩阵 K 空间示意图温习自旋回波脉冲序列：0°脉冲时，选择恰当的层面给选择梯度，Gx;80°脉冲，在一段时间 TE 后，接收回波；回波时，施加读出梯度 Gx;信号采样结果放到 K 空间的某一行，假定这个回波采集时没有在 度，那么在采样结束后，将采样结果放到数据空间中相位编码为零56*256 的矩阵进行 256 次采样，在数据空间上的每行上的 256 个点空间的第二行，除了采集信号时在 y 轴方向使用较小的相位编码梯据空间中的每行都包含来自于一个 TR 周期内整个成像层面的信号

【共引文献】

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本文编号：2757717