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MRI旋转运动伪影校正算法研究

作　者: 刘正彬
导　师: 周荷琴
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 磁共振成像旋转伪影校正 PROPELLER 运动参数估计网格化图像重建
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 90次
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内容摘要

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是利用生物体内氢核在磁场中的共振特性而成像的高新技术,它具有分辨率高、成像参数多、可任意层面断层成像、无电离辐射损伤等特点。自上世纪70年代问世以来,MRI技术飞速发展,目前已经成为影像学检查中最先进、使用最广泛的工具之一,应用于临床对人体各器官或组织进行检查。磁共振成像时,由于在扫描过程中病人的自主性运动常常难以避免,从而产生运动伪影,而运动产生的伪影对最后成像结果有很大影响,严重干扰了医生的正常诊断,消除运动伪影是MRI技术难题之一。运动通常都假设为刚体运动,不考虑运动过程中目标的组织形变,刚体运动可分解为平移运动和旋转运动。很多国内外学者对平移伪影校正进行了深入的研究,而旋转运动伪影的校正比平移伪影的校正要复杂得多,相关的研究成果较少,所以本文主要着眼于解决磁共振成像中因旋转运动引起的伪影的问题,使磁共振成像在运动伪影校正方面得以改善,从而使得磁共振技术在生物及医学方面更具实用意义。本文对MRI成像原理、旋转运动伪影的成因和校正方法进行了比较深入的研究,从伪影前处理和后处理两个方面来展开本文的研究工作。在MRI系统还未重建出图像之前,可以通过PROPELLER(Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines Enhanced Reconstruction)旋转校正算法对扫描目标旋转运动导致的受损数据进行修复,实现旋转伪影的校正。但传统的校正算法运行时间长,旋转参数估计精度不高。因此本文提出了一种基于圆形网格化的PROPELLER旋转校正算法,它弥补了传统算法的不足,不仅完成了对受损数据的修复,改善重建后MR图像的质量,而且极大地减少了运行时间,使该算法能应用于临床检查中。针对含有旋转运动伪影的MR图像,本文提出了一种新的后处理算法—基于MRI快速成像序列的旋转校正算法,该算法可以有效的消除旋转运动伪影,且受图像信噪比影响小,算法耗时少,与同类算法相比有很大的进步。本文主要完成了以下有新意的研究工作:(1)提出了一种基于圆形网格化的PROPELLER旋转校正算法。将中心重叠区域数据网格化到圆形的网格点上,避免了旋转估计时需多次网格化的缺点;提出有效的相似性测度公式,通过计算测度值估计旋转运动参数,据此对各数据带进行旋转校正。实验表明,与传统的旋转校正算法相比,该算法运行速度快,成像质量好。(2)提出了一种基于MRI快速扫描序列的旋转校正后处理算法。由实际运动状态分析提出K空间带状划分方法,再旋转产生数据重叠,建立重叠区的相似度判定准则,计算实际旋转角度,校正数据带的位置信息;提出进行厄米特共轭密度补偿算法,对校正后的不均匀数据进行补偿,并改进Jackson网格化算法成像,使旋转伪影得到抑制。实验表明,该算法可以有效的消除旋转伪影,且校正速度快,准确率高,受噪声影响小。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 旋转运动伪影校正的研究意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 本文的主要工作  13-14
  1.4 本文的结构安排  14-16
第2章磁共振成像原理  16-28
  2.1 核磁共振的物理原理  16-19
    2.1.1 核自旋与核磁矩  16-17
    2.1.2 质子在磁场中的能级分裂与旋进  17-18
    2.1.3 核磁共振现象  18-19
  2.2 磁共振图像的信号  19-22
    2.2.1 驰豫现象  19-21
    2.2.2 自由感应衰减信号及信号检测  21-22
  2.3 磁共振成像原理  22-27
    2.3.1 梯度磁场  22-23
    2.3.2 空间位置编码  23-25
    2.3.3 K 空间  25-26
    2.3.4 图像重建  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章磁共振旋转运动伪影与校正  28-37
  3.1 旋转运动伪影概述  28-29
  3.2 旋转运动伪影的成因  29-31
  3.3 旋转运动伪影的校正  31-36
    3.3.1 旋转运动伪影前处理  31-34
    3.3.2 旋转运动伪影后处理  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 PROPELLER 旋转校正  37-49
  4.1 PROPELLER 技术  37-38
  4.2 网格化方法  38-42
    4.2.1 Jackson 网格化方法  39-40
    4.2.2 圆形网格化方法  40-42
  4.3 基于 Jackson 网格化的旋转校正算法  42-43
  4.4 基于圆形网格化的旋转校正算法  43-45
  4.5 实验结果及分析  45-48
  4.6 本章小结  48-49
第5章 MRI 快速序列的旋转伪影校正  49-58
  5.1 旋转伪影后处理方法  49-50
  5.2 MRI 快速序列的旋转伪影校正方法  50-54
    5.2.1 旋转参数估计  50-51
    5.2.2 网格化成像  51-53
    5.2.3 旋转伪影校正算法的实现过程  53-54
  5.3 实验结果及分析  54-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章总结与展望  58-60
  6.1 研究成果与创新点  58-59
  6.2 研究工作展望  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间发表的论文  65

MRI旋转运动伪影校正算法研究

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