TGV在部分磁共振图像重建中的应用

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磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是一种新型的,非侵入的成像方式。在临床应用中,由于磁共振具有很好的软组织对比度、成像参数多、三维空间的分辨能力高、可任意方向断层、不会产生致电离辐射的内在特点以及易为患者接受等优点[1][2],而越来越受欢迎,得到了广泛的应用。当代磁共振成像应用对空间分辨率(Spatial Resolution),瞬时清晰度(Temporal Resolution),信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)及成像速度有相当高的要求[3][4]。然而常规的磁共振成像时间过长,同时被验者身体中的生理性运动会产生影像的模糊和对比度的失真,无法应用于运动器官以及神经系统等的研究。有效提高成像速度已成为磁共振领域一项非常重要的研究,在缩短检查时间的同时提高成像质量和改善病人被检查时的舒适性。事实上,成像速度一直以来就是磁共振进一步广泛应用的瓶颈问题。为了提高成像速度,除了改善磁共振设备硬件性能之外,目前最常用的方法就是部分k空间数据重建。其优势在于不需要改变现有硬件设备结构和扫描方式,是一种低成本的快速成像方法。整体变分(Total Variation, TV)方法最初被提出用于图像去噪,目前已发展成为磁共振重建成像领域一种比较常用的方法。它通过对图像模型变分最小的处理,目的就是在移除图像中噪声及不需要的小尺度细节的同时,保护那些突变的不连续区域。然而TV法是基于图像是由连续片段组成的假定,在一些实际情况中效果往往不太理想。针对这种情况,近几年发展推广出了一种广义全局变量(Total GeneralizedVariation, TGV)方法,用于解决这类问题。本文对这两种方法做了大量实验,其中TV方法同时应用了牛顿法和共轭梯度两种不同的求解方法。在对组成结构比较复杂的图像(例如T2大脑图)进行重建时,TGV方法要优于TV方法,尤其在高度欠采样的情况下;而对于图像结构相对简单的图像(比如Shepp-Logan模型),TGV方法没有明显的优势,甚至效果更不理想,而且所需时间更长。
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