基于PROPELLER采樣的磁共振成像仿射運(yùn)動(dòng)偽影消除方法研究.pdf

1、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)可在無(wú)創(chuàng)的條件下對(duì)人體或其它生物體內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行成像,它具有圖像分辨率高、成像參數(shù)多、可任意方向斷層、對(duì)人體無(wú)電離輻射傷害等優(yōu)點(diǎn)。因此,磁共振成像得以在臨床上廣泛應(yīng)用,并成為臨床上和科學(xué)研究中越來(lái)越重要的成像方法。
　　 然而,在磁共振成像過(guò)程中由于數(shù)據(jù)采集的時(shí)間比較長(zhǎng),病人的自主性或非自主性運(yùn)動(dòng)常常難以避免,這就導(dǎo)致在最終重建的圖像中形成偽影,從

2、而影響醫(yī)生做出正確的診斷。由于運(yùn)動(dòng)的不確定性以及難以獲得運(yùn)動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí),對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影的校正也就十分困難,嚴(yán)重影響和阻礙了磁共振成像技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。因此,如何有效地消除運(yùn)動(dòng)偽影對(duì)磁共振成像的影響,已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,是當(dāng)前醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。
　　 本文在熟悉和掌握磁共振成像原理和技術(shù)的基礎(chǔ)上,對(duì)PROPELLER采樣方式及其重建算法進(jìn)行了深入研究。PROPELLER方法對(duì)剛性運(yùn)動(dòng)偽影具有很好的消除效果,并在

3、頭部磁共振成像中獲得了成功應(yīng)用。但是剛性運(yùn)動(dòng)一般僅存在于頭部成像中,人體其它部位成像往往伴隨著不同程度的軟組織拉伸變形等。對(duì)于這種軟組織變形必須基于非剛性運(yùn)動(dòng)模型才能準(zhǔn)確地進(jìn)行描述并加以校正。雖然PROPELLER方法通過(guò)相關(guān)加權(quán)在一定程度上消除了一些剛性運(yùn)動(dòng)之外的偽影,但它不能有效地刻畫非剛性運(yùn)動(dòng),因而作用非常有限。
　　 因此,本文在剛性運(yùn)動(dòng)偽影消除算法的基礎(chǔ)上提出了一種基于PROPELLER方法的仿射運(yùn)動(dòng)偽影消除算法。該算

4、法將PROPELLER采樣中的每個(gè)K-空間條經(jīng)過(guò)傅立葉逆變換重建得到臨時(shí)圖像,通過(guò)基于仿射運(yùn)動(dòng)模型的圖像配準(zhǔn)算法獲得非剛性運(yùn)動(dòng)信息,然后根據(jù)仿射變換的頻域性質(zhì),利用估計(jì)得到的仿射運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)PROPELLER采樣中的每個(gè)K-空間條進(jìn)行校正,最后把所有經(jīng)過(guò)校正的K-空間條組合在一起網(wǎng)格化重建就可以得到最終圖像。仿真數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)與真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)表明,相對(duì)于現(xiàn)有的PROPELLER重建算法,該算法對(duì)于剛性運(yùn)動(dòng)與仿射運(yùn)動(dòng)造成的偽影均具有很好的校正效果。

5、
　　 為了提高仿射運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的精度和穩(wěn)定性,本文提出了一種基于頻域相位相關(guān)算法的仿射參數(shù)估計(jì)新方法。原有方法在求解仿射運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)直接把一個(gè)三階單位矩陣作為初值代入到非線性最小二乘中,由于仿射變換參數(shù)較多,同樣一種形變可能對(duì)應(yīng)著多種參數(shù)組合方式,所以初值選取不好會(huì)直接影響到收斂結(jié)果的不確定性,而本文提出的新方法首先運(yùn)用頻域相位相關(guān)算法求出每個(gè)K-空間條的剛性運(yùn)動(dòng)參數(shù),然后把剛性運(yùn)動(dòng)參數(shù)作為初值代入到仿射運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)當(dāng)中,進(jìn)行運(yùn)