磁共振成像重建與偽影去除方法研究.pdf

1、磁共振成像技術利用核磁共振原理對人體或生物體的某部分進行斷面成像或立體成像，以獲得組織和器官的解剖結構、功能結構和病變狀況。磁共振成像技術是一種無損體外探測技術，是二十一世紀生物學和醫(yī)學研究的重要工具。但是磁共振成像重建技術仍然存在重建圖像質量不高的問題，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的一項新發(fā)展。該技術基于血氧含量水平依賴對比度機制(blood oxygenation level de

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

3、的功能活動。但是，在1.5Tesla的磁場中，任務相關的信號改變范圍通常在1～2％之間。為了獲得對功能反應的較高檢測率，需要高度穩(wěn)定的信號。在圖像采集過程中，有很多因素導致偽影。所有這些干擾因素都對功能激活區(qū)域的準確檢測及定位造成不同程度的影響，雖然通過改善成像設備的硬件性能、優(yōu)化掃描參數(shù)等措施可以減小這些干擾效應，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動偽影。這些偽影的出現(xiàn)嚴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方面：一是研究新的磁共振圖像重建方法，能重建更高質量的圖像，以及對于序列圖像重建，如何使時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。同時該方法的加權系數(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。最終結果表明該方法具有較好的重建圖像質量。 2)提出了一種基于信息相關性的動態(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)時間減少，重建可得到較高空間分辨率的圖像。

6、同時考慮到需要求解的系統(tǒng)為病態(tài)的，采用改進的 TSVD方 法進行正則化，重建序列圖像。文中還給出利用其它幾種方法實現(xiàn)的結果。結果表明，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引起的，所以總是對應一定的頻率，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噪聲，所以首先選擇腦脊液中體素，得到時間序列，估計出噪聲的功率譜。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。實驗結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立成分分析去除生理偽影的方法。利用空間獨立成分分析方法對功能磁共振數(shù)據(jù)分解，對獨立成分對應的時間序列求功率譜，判斷是否含有生理偽影，然后將含有生理偽影的獨立成分去除并重建去除生理偽影后的數(shù)據(jù)。實驗結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。在利用長重復時間(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格采樣，得到的時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間序列按時間順序重排列，并對每幅圖像取均值，得到一個時間序列，求功率譜，估計生理頻率。然后根據(jù)頻率混疊性質，判斷混疊位置，采用濾波器去除呼吸生理偽影。實驗結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