基于数据加权和split-Bregman算法的快速定量磁化率反演

摘要

定量磁化率成像(Quantitative Susceptibility Mapping，QSM)是磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)中一项新兴的可用于研究组织特性和功能的技术。作为一种组织内在的物理特性，磁化率可以反映组织的铁含量、钙化、血氧饱和度等。因此，利用定量磁化率成像，可以有效地对这些信息进行定量分析。最近，定量磁化成像已经能够为脑出血、多发性硬化症、帕金森综合症、阿尔茨海默病等神经疾病的检测和研究提供帮助。
　　虽然有着广泛的应用前景，但定量磁化率图像的重建却是一个复杂的过程。通常，QSM由梯度回波序列(gradient echo，GRE)获取磁共振数据。与常见的磁共振成像技术利用数据的幅值信息不同，QSM主要使用数据的相位信息重建组织的磁化率分布图。这个过程包括相位图到组织局部场图的转化和局部场图到磁化率分布的反演两个部分，其中第一个部分又分成场图拟合、相位解缠绕，以及背景场去除三个步骤。另一方面，由于描述局部场图与磁化率之间关系的偶极核(dipole kernel)在魔角附近的锥面区域有零值存在，局部场图到磁化率的反演需要解决一个不适定的反问题，这是QSM重建过程中的核心问题。
　　本文首先将对定量磁化率成像的基本原理以及当前的主要临床应用进行概述，并详细介绍定量磁化率成像的重建过程及主要方法。针对定量磁化率成像中的不适定反演问题，本文提出一种利用数据加权和梯度先验，并与split-Bregman算法相结合的快速磁化率反演方法。其中数据加权和梯度先验用于抑制磁化率图像中的伪影，而与split-Bregman算法的结合则大大提高重建的速度。仿真和实验结果表明，该方法不仅可以得到高质量的磁化率图像，其重建速度也比其它高质量的定量磁化率图像重建方法快。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 定量磁化率成像的临床应用

1．2．1 基于顺磁性血红素铁的应用

1．2．2 基于顺磁性非血红素铁的应用

1．2．3 基于抗磁性物质的应用

1．3 定量磁化率成像的原理与重建

1．3．1 定量磁化率成像基本原理

1．3．2 定量磁化率成像的重建流程

1．4 论文结构

1．5 本章小结

参考文献

第二章 定量磁化率成像中的局部场图获取

2．1 引言

2．2 场图拟合

2．2．1 线性拟合

2．2．2 非线性拟合

2．3 相位解缠绕

2．3．1 拉普拉斯法

2．3．2 区域生长法

2．4 背景场去除

2．4．1 高通滤波法

2．4．2 基于偶极场拟合的方法

2．4．3 基于拉普拉斯方程的方法

2．5 本章小结

参考文献

第三章 定量磁化率成像中的反演问题

3．1 引言

3．2 傅里叶域反演方法

3．2．1 k空间阈值截断法

3．2．2 迭代替换法

3．3 空间域反演方法

3．3．1 总变分约束的反演方法

3．3．2 基于形态学相似性的反演方法

3．3．3 快速的L1范数反演方法

3．4 本章小结

参考文献

第四章 基于数据加权和sprit-Bregman算法的快速磁化率反演

4．1 引言

4．2 基于数据加权和split-Bragman算法的快速磁化率反演

4．2．1 数据权重矩阵

4．2．2 数据加权与split-Bragman算法的结合

4．3 实验数据与方法

4．3．1 脑模型数据

4．3．2 钆模型实验数据

4．3．3 真实脑实验数据

4．3．4 数据处理和参数选择

4．3．5 反演方法

4．4 结果

4．4．1 脑模型

4．4．2 钆模型

4．4．3 真实人脑

4．4．4 阈值▽2φmax和▽2φmin的影响

4．5 讨论

4．6 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

论文发表情况

致谢