磁共振成像重建與偽影去除方法研究.pdf

1、磁共振成像技術(shù)利用核磁共振原理對人體或生物體的某部分進(jìn)行斷面成像或立體成像，以獲得組織和器官的解剖結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)和病變狀況。磁共振成像技術(shù)是一種無損體外探測技術(shù)，是二十一世紀(jì)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的重要工具。但是磁共振成像重建技術(shù)仍然存在重建圖像質(zhì)量不高的問題，臨床上期待給出更有效的方法。功能磁共振成像(fMRI)是90年代初磁共振成像技術(shù)的一項(xiàng)新發(fā)展。該技術(shù)基于血氧含量水平依賴對比度機(jī)制(blood oxygenation level de

2、pendent,BOLD)，能夠?qū)崟r(shí)地對大腦皮層神經(jīng)功能活動(dòng)進(jìn)行成像，為臨床MR診斷從單一形態(tài)學(xué)的研究到形態(tài)與功能信息相結(jié)合的系統(tǒng)研究開辟了一條嶄新的道路。fMRI以較高的空間分辨率、時(shí)間分辨率及完全無損的特性已成為進(jìn)行腦功能研究的重要工具。 較之一般成像技術(shù)，回波平面成像技術(shù)(EPI)由于采樣時(shí)間短，能夠在L秒之內(nèi)得到整個(gè)腦部的圖像，這已成為fMRI廣泛采用的一種技術(shù)。通過對fMRI中的任務(wù)相關(guān)的信號改變的分析檢測可以確定對應(yīng)

3、的功能活動(dòng)。但是，在1.5Tesla的磁場中，任務(wù)相關(guān)的信號改變范圍通常在1～2％之間。為了獲得對功能反應(yīng)的較高檢測率，需要高度穩(wěn)定的信號。在圖像采集過程中，有很多因素導(dǎo)致偽影。所有這些干擾因素都對功能激活區(qū)域的準(zhǔn)確檢測及定位造成不同程度的影響，雖然通過改善成像設(shè)備的硬件性能、優(yōu)化掃描參數(shù)等措施可以減小這些干擾效應(yīng)，但去除效果不是太理想。目前主要采用的為k空間校正方法，后處理是一種值得探討的方法。生理偽影是功能信號檢測的主要干擾因素，主

4、要包括呼吸偽影和心臟運(yùn)動(dòng)偽影。這些偽影的出現(xiàn)嚴(yán)重影向了腦功能信號的有效檢出，必須研究有效的去除生理偽影的方法。針對以上問題，本課題的主要目的有兩個(gè)方面：一是研究新的磁共振圖像重建方法，能重建更高質(zhì)量的圖像，以及對于序列圖像重建，如何使時(shí)間分辨率和空間分辨率二者之間均衡；二是研究功能磁共振圖像中生理偽影的去除方法，使功能信號檢測更有效。 本文主要的研究成果包括以下幾個(gè)方面：1)提出了一種非笛卡爾采樣的磁共振圖像重建方法。對于非均勻

5、采樣數(shù)據(jù)，用非均勻FFT方法對其重建，大大提高了重建圖像的速度。同時(shí)該方法的加權(quán)系數(shù)能以多種滿足條件的函數(shù)形式給出，而已有方法的加權(quán)系數(shù)是給定的，所以相比之下該方法具有更大的靈活性，精度更高。最終結(jié)果表明該方法具有較好的重建圖像質(zhì)量。 2)提出了一種基于信息相關(guān)性的動(dòng)態(tài)磁共振圖像重建方法。該方法利用已獲取的兩幅高空間分辨率參考圖像作為先驗(yàn)信息，通過減少編碼方式獲取序列中其它數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)時(shí)間減少，重建可得到較高空間分辨率的圖像。

6、同時(shí)考慮到需要求解的系統(tǒng)為病態(tài)的，采用改進(jìn)的 TSVD方 法進(jìn)行正則化，重建序列圖像。文中還給出利用其它幾種方法實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。結(jié)果表明，該方法具有較好的重建效果。 3)提出了一種基于功率譜相減去除生理偽影的方法。生理偽影是由具體的周期性生理活動(dòng)引起的，所以總是對應(yīng)一定的頻率，在功率譜上有較明顯的特征。由于腦脊液中體素不包含任何功能激發(fā)信號，只含有生理偽影和隨機(jī)噪聲，所以首先選擇腦脊液中體素，得到時(shí)間序列，估計(jì)出噪聲的功率譜。然后取

7、感興趣體素，其功率譜減去腦脊液的平均功率譜，可得到去除生理偽影后的功率譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能有效地去除生理偽影。 4)提出了一種基于空間獨(dú)立成分分析去除生理偽影的方法。利用空間獨(dú)立成分分析方法對功能磁共振數(shù)據(jù)分解，對獨(dú)立成分對應(yīng)的時(shí)間序列求功率譜，判斷是否含有生理偽影，然后將含有生理偽影的獨(dú)立成分去除并重建去除生理偽影后的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能有效去除生理偽影。 5)提出了一種基于圖像空間數(shù)據(jù)的欠采樣生理偽影去除方

8、法。在利用長重復(fù)時(shí)間(repetition time,TR)采集的多層數(shù)據(jù)研究中，采用典型的成像參數(shù)(秒數(shù)量級)，則每層不足以對生理偽影嚴(yán)格采樣，得到的時(shí)間序列被高頻生理偽影引起的混疊譜分量所污染。我們將原來按層排列的時(shí)間序列按時(shí)間順序重排列，并對每幅圖像取均值，得到一個(gè)時(shí)間序列，求功率譜，估計(jì)生理頻率。然后根據(jù)頻率混疊性質(zhì)，判斷混疊位置，采用濾波器去除呼吸生理偽影。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能較好地解決混疊問題，從而較好地去除生理偽影。論文最