【摘要】：作為當(dāng)今一種重要的影像技術(shù),磁共振成像具有成像細(xì)節(jié)豐富、無侵入式和非電離成像等特點(diǎn),在臨床診斷醫(yī)學(xué)和相關(guān)影像科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用,但相對緩慢的成像速度依然制約著該技術(shù)的發(fā)展。壓縮感知理論可以通過非相干性采樣獲得的少量數(shù)據(jù)并結(jié)合適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法高概率精確地重建出磁共振圖像。因此,本文在壓縮感知理論的基礎(chǔ)上主要對磁共振圖像稀疏表達(dá)和重建算法進(jìn)行研究,給出三種改進(jìn)的稀疏約束方法來實(shí)現(xiàn)磁共振圖像的精確重建,主要工作內(nèi)容如下:首先,采用二階廣義全變分模型來替代傳統(tǒng)全變分模型,給出一種基于二階廣義全變分模型的自適應(yīng)磁共振成像方法。該方法利用廣義全變分模型高階項擬合特性來平衡圖像中不同結(jié)構(gòu)區(qū)域的重建懲罰,并改進(jìn)權(quán)重系數(shù)的選取以便能夠在求解目標(biāo)函數(shù)的迭代過程中進(jìn)行自適應(yīng)修正。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)固定參數(shù)的全變分模型,該方法在保持圖像幾何結(jié)構(gòu)和邊緣特征方面具有明顯優(yōu)勢,在多種測量率下均能夠有效減少重建殘差值,在20%測量率下峰值信噪比平均提升約2.90dB。其次,分析磁共振圖像自身非局部相似性和相似圖像塊所構(gòu)造低秩矩陣的稀疏特性,給出一種基于低秩矩陣奇異值動態(tài)收縮的磁共振成像方法。該方法首先進(jìn)行相似圖像塊匹配并構(gòu)造低秩矩陣字典來建立目標(biāo)函數(shù),然后采用奇異值動態(tài)收縮方法求解低秩約束問題,并使用交替方向乘子法進(jìn)行迭代計算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在多組織重建實(shí)驗(yàn)中,該方法均具有較好的圖像紋理細(xì)節(jié)保持能力和更高的重建質(zhì)量,在20%測量率下峰值信噪比平均提升約2.47dB。最后,針對單一稀疏約束模型的不足,充分挖掘圖像在不同稀疏表達(dá)域特征的基礎(chǔ)上給出一種基于多正則聯(lián)合約束的磁共振重建方法。該方法通過構(gòu)建多正則約束目標(biāo)函數(shù),借助廣義全變分模型的高階平滑特性和低秩約束的細(xì)節(jié)保持特性共同約束重建模型,并采用分裂布雷格曼迭代算法來對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行分裂求解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本方法比其他典型多正則方法重建質(zhì)量有明顯提升,在20%測量率下多組織成像實(shí)驗(yàn)和多參數(shù)成像實(shí)驗(yàn)中峰值信噪比分別平均提升約2.82dB和3.58dB。本文從研究磁共振圖像全局稀疏表達(dá)和自身結(jié)構(gòu)化特征出發(fā),給出改進(jìn)的磁共振稀疏重建方法,通過多組對比實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證這些方法的有效性,為磁共振稀疏成像方法提供了新的解決思路。
【圖文】：

28(c) CS-ATGV 方法重建效果圖圖 3.5 無噪一維欠采樣不同方法和不同測量率重建 T1加權(quán)腦部圖像結(jié)果為驗(yàn)證算法的抗噪聲能力，向原始數(shù)據(jù)添加 25dB 加性高斯白噪聲，通率下的一維欠采樣測量矩陣進(jìn)行稀疏采樣，三種方法重建腦部圖像結(jié)果如。其中，CS-wL1方法重建圖像存在不同程度的混疊偽影且隨著測量率的更加嚴(yán)重，受到噪聲干擾明顯，，重建圖像局部放大圖和箭頭指向區(qū)域較為結(jié)構(gòu)幾乎無法準(zhǔn)確辨識；CS-TV方法重建圖像邊緣細(xì)節(jié)保留較為完整，征相對于 方法有所提升，但依然存在較為明顯的偽影和噪聲干TGV 方法重建圖像視覺效果更佳，整個圖像邊緣保留更為完整，腦部加清晰，腦部尾狀核頭和胼胝體壓部結(jié)構(gòu)清晰，且噪聲干擾得到進(jìn)一步在 20%低測量率下依然具有良好的噪聲和偽影抑制效果。

29(c) CS-ATGV 方法重建效果圖圖 3.6 含噪一維欠采樣不同方法和不同測量率重建 T1加權(quán)腦部圖像結(jié)果進(jìn)一步體現(xiàn)實(shí)際重建圖像差異，選取上述兩個實(shí)驗(yàn)中各自 20%測量率進(jìn)行殘差圖處理，三種方法各自對應(yīng)的殘差圖結(jié)果如圖 3.7 所示。圖，對應(yīng)殘差圖的亮值區(qū)域越明顯，也意味著重建圖像中相應(yīng)區(qū)域的實(shí)大。圖 3.7 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，CS-wL1方法重建圖像殘差在邊緣部分體較為明亮且混疊波紋較為明顯。CS-TV方法略優(yōu)于 方法，明顯的殘差值，平滑區(qū)域存在較為明顯的階梯狀斑駁亮紋。CS-ATG明顯更接近于零值，在含噪重建下具有較小的殘差值，反映出本文方整體結(jié)構(gòu)差異。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;O482.531

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2607775