基于压缩感知自适应采样的核磁共振成像重建技术研究

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具有非入侵、无电离辐射、成像对比度高等优势的磁共振成像(MRI)是一种常见的医疗诊断成像技术。动态磁共振成像记录身体某一部位的动态变化过程,比静态磁共振成像对病灶的描述更为准确。速度快和成像质量高是临床医学的两个重要需求,基于压缩采样的 MRI可以大大提高低采样的速度,但是现有的压缩磁共振成像技术,在采样时忽略了同一组动态数据中任意帧能量分布的相似性。同时,在重建时没有充分利用迭代时产生的“新数据”并忽略了非采样位置以及不同频率数据对重建图像质量贡献的差异,限制了重建图像质量进一步提高。基于以上考虑,本文利用梯度下降法,K空间数据分布规律和动态磁共振图像间的相似性,提出了针对动态磁共振成像的自适应采样方法和重建方法,主要工作为:  1.提出一种基于磁共振图像非采样区域分频加权的重建方法。为了提升图像重建质量,首先分析重建过程中图像非采样区域生成的“新数据”。其次对“新数据”进行分频,接着提出惩罚项并根据其低、高频包含图像信息不同设置权重。最后提出新的目标函数和重建方法,能很好地的提高静态磁共振图像重建质量。  2.提出一种基于动态磁共振图像能量分布的自适应采样方法。考虑到传统采样机制对动态 K空间数据的每一帧使用相同的采样模板或者是随机采样模板,这种采样方式存在无法预测出当前 K空间的能量分布的缺陷。首先提出特定身体部位的动态 K空间数据具有独特的能量分布。其次通过前一帧采样数据的能量大小与位置关系,调整当前采样概率函数。最后通过新得到的采样概率函数生成当前帧的采样模板。通过此自适应采样方式对传统的采样方式进行改进,能采集到当前 K空间中更合理的观测数据,获得最能体现能量分布的数据,从而提升动态图像的重建质量。  3.提出一种基于动态磁共振图像相似性的重建方法。考虑到动态磁共振图像的相邻两帧之间是相似的,首先将当前帧的非采样位置标记并获得在同一迭代过程中前一帧图像的傅里叶系数矩阵,提取当前帧的非采样位置对应前一帧图像的傅里叶系数矩阵的数据,并作为未采样数据的参考值。其次利用相邻帧的相似性,并结合当前帧在重建过程中产生的“新数据”构造约束项,获得新的目标函数。最后实现基于动态磁共振图像相似性的重建方法,提升动态图像的重建质量。
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