基于压缩感知和PSF理论的高时空分辨磁共振成像方法研究

摘要

磁共振成像利用核磁共振原理进行生物体断面或立体成像,不仅具有极好的软组织对比度、多平面任意角度扫描、多参数成像等众多优势,而且对人体无电离辐射,已经在临床检查中得到广泛的应用。然而,自磁共振成像技术诞生以来,由于其成像所需时间过长,很难同时实现高时空分辨率成像,无法满足心脏心血管等领域临床诊断的要求,如何提升磁共振成像速度已逐渐成为磁共振研究领域的热点问题。为此,我们调研了现有的磁共振快速成像方法,致力于基于稀疏成像方法的研究,探讨采用基于压缩感知和部分可分离函数理论(PSF)的成像方法以同时实现高时间和高空间分辨磁共振动态快速成像。论文的主要工作如下:
　　初步研究了基于部分可分离函数理论的磁共振动态成像方法,并且把该方法成功地运用于人体心脏成像实验。在此基础上,利用矩阵的低秩特性和图像的稀疏特性,提出了基于压缩感知和部分可分离函数理论的高时空分辨磁共振动态成像方法,设计了相应的数据采样方式和图像重建方法。通过体膜仿真实验和载体实验,结果表明该方法有效克服了部分可分离模型预扫描时间过长的缺点,大幅度提升了成像速度,将扫描速度提升至原来的4-6倍,提出算法依然具有比较好的表现,实现了快速高分辨磁共振动态成像。
　　探讨了基于稀疏采样的快速磁共振成像方法中正则项参数的计算方法,提出将并行成像中采用相关方法求出的先验信息引入到图像约束重建算法中,基于局部噪声方差信息对正则约束项的参数进行定量计算来实现准确的图像重建,这样在保证快速重建的同时而不会损失图像信噪比。体膜实验和动态数值仿真实验结果表明,该方法能够有效提高图像重建算法对于噪声的鲁棒性,提升重建图像的质量,保证图像了轮廓边缘信息。

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第一章 绪 论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容和创新点

1.4论文结构安排

第二章 磁共振成像基本原理

2.1 磁共振现象

2.2 磁共振信号的产生及检测

2.3 磁共振信号的空间定位

2.4 K空间

2.5 图像重建

第三章 基于稀疏采样理论的磁共振成像

3.1 压缩感知

3.2 PSF成像模型

第四章 基于压缩感知和PSF理论的磁共振快速成像方法

4.1 基于压缩感知和PSF理论的磁共振成像

4.2 仿真实验

4.3 载体实验

4.4 本章小结

第五章 稀疏成像自适应正则化参数计算方法

5.1 约束重建中参考图像的求解

5.2 图像域的噪声分布估计方法

5.3 局部正则化参数的计算方法

5.4 实验结果

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间所发表的学术论文目录