基于多通道相控阵线圈的磁共振图像合成算法研究

论文摘要

磁共振成像技术已经成为现代医学临床诊断的重要手段,具有无损伤的特点。射频接收线圈作为接收链的最前端,对成像质量起着举足轻重的作用,直接影响图像信噪比。多通道相控阵接收线圈与其他成像线圈相比具有高信噪比,高分辨率,快速成像的特点。因此,多通道成像技术已成为当前磁共振成像领域的研究热点,国内刚刚起步。本文主要针对多通道相控阵线圈的图像合成算法进行深入研究。线圈敏感度是影响多通道成像的重要因素,由于线圈敏感度图谱在图像拟合之前通常未知,因此线圈敏感度估计的准确与否将直接影响图像的合成质量。本文通过对目前各种多通道线圈磁共振图像合成算法的研究、分析、比较,发现这些算法在线圈敏感度的估计过程普遍采用近似估计的方法,没有考虑噪声以及被成像物体自身MR信号对线圈敏感度估计的影响,从而使合成后的图像质量下降。为此本文提出一种加入平滑滤波器的线圈敏感度估计算法,即抑制了噪声对线圈敏感度信息的影响又使线圈敏感度信息与被成像物体的MR信号最大化的分离,从而使估计出的线圈敏感度更加客观的反映自身属性,极大提高了图像的信噪比和对比度。仿真实验证明了所提出算法的有效性。采用改进的线圈敏感度估计算法对线圈敏感度图谱进行准确估计后,在图像拟合过程中仍然存在噪声,因此本文又引入一个低分辨因子对图像的拟合过程进行整体去噪,从而使噪声对合成图像的影响降到最低。仿真实验结果表明低分辨因子引入后合成图像质量得到进一步的改善,图像的信噪比和对比度得到进一步提高。然而,由于多线圈自身因素、系数差异等硬件条件的影响,很容易造成合成图像亮度分布不均,这是上述算法所不能改善的。为此本文又提出了一种基于改进PTH-NORM合成的多线圈图像均匀性校正方法。在不影响信噪比的情况下实现图像均匀性的显著提高。仿真实验表明,该算法可以有效地改善合成图像亮度分布的非均匀性,合成图像更加清晰。最后,对本文的研究工作进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 磁共振成像及其研究意义
• 1.2 磁共振成像的发展及现状
• 1.3 论文研究的主要内容及组织结构
• 第2章 磁共振成像原理
• 2.1 核磁共振理论
• 2.1.1 原子核的自旋和磁矩
• 2.1.2 莫拉尔进动
• 2.1.3 核磁共振现象和共振条件
• 2.2 磁共振成像
• 2.2.1 弛豫和弛豫时间
• 2.2.2 磁共振图像对比度
• 2.3 磁共振成像的空间定位与图像重建
• 2.3.1 磁共振成像的空间定位
• 2.3.2 二维图像重建
• 2.4 本章小结
• 第3章 一种基于多通道线圈敏感度图谱估计的图像合成算法
• 3.1 多线圈图像合成技术
• 3.1.1 线圈敏感度
• 3.1.2 k空间域与图像域数据关系的数学分析
• 3.2 基于图像域的多线圈图像合成算法
• 3.2.1 基于全采样的SOS算法
• 3.2.2 基于欠采样的SENSE算法
• 3.3 基于多通道线圈敏感度图谱估计的合成算法的实现
• 3.3.1 加入平滑滤波器的线圈敏感度估计
• 3.3.2 低分辨因子模拟去噪
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 方法评估
• 3.4.2 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 一种基于改进PTH-NORM合成的图像均匀性校正算法
• 4.1 图像亮度的非均匀性校正
• 4.1.1 SOS方法合成图像的均匀性
• 4.1.2 PTH-NORM合成的图像均匀性校正算法
• 4.2 基于改进PTH-NORM合成的均匀性校正算法的实现
• 4.2.1 非均匀线圈敏感度图谱的校正
• 4.2.2 多线圈图像的线性组合
• 4.2.3 参数的选取和计算
• 4.2.4 算法求解流程和步骤
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文