擴散張量成像（Diffusion tensor image,DTI）是一種新型的成像技術(shù),與傳統(tǒng)的磁共振成像相比,DTI具有非侵入性,被廣泛用于對腦內(nèi)擴散過程的研究。作為一種無創(chuàng)性成像方法,DTI不僅可以在活體上顯示腦白質(zhì)纖維束,而且在腦功能、腦發(fā)育等理論研究以及診斷白質(zhì)病變等臨床應用領(lǐng)域均引起了極大關(guān)注。由于成像過程中噪聲的影響,導致張量的形狀和方向被破壞,降低了圖像的質(zhì)量,從而限制了DTI在臨床應用上的發(fā)展。因此,DTI圖像去噪算法研究對相關(guān)疾病的臨床應用具有重要的意義。從視覺來看,DTI圖像去噪有兩個目標:一是獲得高質(zhì)量的DTI圖像;二是獲得排列一致均勻的張量場。高質(zhì)量的圖像能夠獲取清晰的大腦組織結(jié)構(gòu),而排列均勻的張量場有效地保留了圖像邊緣紋理結(jié)構(gòu),以更好的指導醫(yī)療人員進行大腦手術(shù)。當然,如果實現(xiàn)了第二個目標,往往也同時實現(xiàn)了第一個目標。因此,本文重點放在第二個目標,也就是在去噪的同時更好地保留擴散張量的非線性結(jié)構(gòu)。通過對黎曼幾何的深入研究,本文結(jié)合稀疏貝葉斯學習理論和非局部相似性理論,提出了兩種新的DTI去噪算法,并在模擬和真實數(shù)據(jù)上驗證了所提出的去噪方法。本論文主要研究工作如... 

【文章來源】：河北大學河北省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

磁共振成像過程

第二章DTI成像基礎(chǔ)和噪聲分析9沿著平行于纖維束的方向進行擴散，所以在該方向擴散最快，而在垂直方向上進行擴散時會受到組織結(jié)構(gòu)帶來的阻力，故擴散速度最慢，其擴散表現(xiàn)為各向異性，如圖2-3所示。因此，通過追蹤腦組織內(nèi)水分子的運動軌跡，從而將腦組織的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來。圖2-2各向同性擴散示意圖圖2-3各向異性擴散示意圖由于腦組織內(nèi)水分子的各向異性擴散，使得水分子的擴散機制更加復雜，描述這種擴散機制有很多種模型，其中最具代表性的一種就是擴散張量模型。在擴散張量模型中，將水分子的擴散信息用一個擴散張量進行描述，可以很好地體現(xiàn)出水分子的各向異性擴散。擴散張量是一個33的對稱正定矩陣，可描述成三維空間中的一個橢球，橢球的三個軸方向就是擴散張量矩陣的特征向量的方向，軸的大小就是特征向量對應的三個特征值。另外，利用6個不共線的擴散敏感梯度磁場方向和1個無擴散敏感梯度磁場獲得的7幅圖像，通過數(shù)學計算便可得到擴散張量矩陣的各個獨立元素。作為DTI的基礎(chǔ)，DWI正是利用水分子在不同組織中擴散的各向異性，來檢測磁共振信號由于水分子擴散所引起的信號衰減，從而獲得相應位置的組織結(jié)構(gòu)特性。DWI序列最早是由Stejskal與Tanner描述的[38]，其原理如圖2-4所示。

第二章DTI成像基礎(chǔ)和噪聲分析9沿著平行于纖維束的方向進行擴散，所以在該方向擴散最快，而在垂直方向上進行擴散時會受到組織結(jié)構(gòu)帶來的阻力，故擴散速度最慢，其擴散表現(xiàn)為各向異性，如圖2-3所示。因此，通過追蹤腦組織內(nèi)水分子的運動軌跡，從而將腦組織的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來。圖2-2各向同性擴散示意圖圖2-3各向異性擴散示意圖由于腦組織內(nèi)水分子的各向異性擴散，使得水分子的擴散機制更加復雜，描述這種擴散機制有很多種模型，其中最具代表性的一種就是擴散張量模型。在擴散張量模型中，將水分子的擴散信息用一個擴散張量進行描述，可以很好地體現(xiàn)出水分子的各向異性擴散。擴散張量是一個33的對稱正定矩陣，可描述成三維空間中的一個橢球，橢球的三個軸方向就是擴散張量矩陣的特征向量的方向，軸的大小就是特征向量對應的三個特征值。另外，利用6個不共線的擴散敏感梯度磁場方向和1個無擴散敏感梯度磁場獲得的7幅圖像，通過數(shù)學計算便可得到擴散張量矩陣的各個獨立元素。作為DTI的基礎(chǔ)，DWI正是利用水分子在不同組織中擴散的各向異性，來檢測磁共振信號由于水分子擴散所引起的信號衰減，從而獲得相應位置的組織結(jié)構(gòu)特性。DWI序列最早是由Stejskal與Tanner描述的[38]，其原理如圖2-4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于結(jié)構(gòu)張量和各向異性平滑的DTI去噪[J]. 劉帥奇,李鵬飛,安彥玲,扈琪,趙杰.  小型微型計算機系統(tǒng). 2018(09)
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[3]基于彌散張量成像重建聽神經(jīng)瘤患者面神經(jīng)的研究[J]. 于福超,蘇少波,馬俊,岳樹源.  中華神經(jīng)外科雜志. 2017 (05)
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[6]乳腺癌MR彌散加權(quán)成像研究進展[J]. 文潔,何光武.  醫(yī)學影像學雜志. 2011(02)
[7]腦震蕩綜合征與功能性核磁共振成像[J]. 董宇為,周亮,崔德華,夏學巍,郭青,韓鴻濱,樊東升.  神經(jīng)疾病與精神衛(wèi)生. 2009 (06)
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[10]復發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者腦灰質(zhì)彌散張量成像研究[J]. 于春水,李坤成,林富春,蔣田仔,孫虹,陳彪.  中華神經(jīng)科雜志. 2006(04)

博士論文
[1]基于擴散張量成像的擴散張量估算及相關(guān)技術(shù)研究[D]. 易三莉.中南大學 2012
[2]DTI圖像去噪方法研究[D]. 張相芬.上海交通大學 2008

碩士論文
[1]磁共振圖像降噪處理的研究[D]. 張亞楠.北京交通大學 2016
[2]基于磁共振的大腦網(wǎng)絡分析方法研究及其應用[D]. 潘正勇.電子科技大學 2010



本文編號：3582451