磁共振成像被認(rèn)為是過去100年里世界上最大的應(yīng)用技術(shù)發(fā)明之一。與CT相比,磁共振成像具有高組織分辨力、空間分辨力和無放射損傷等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)磁共振檢查是一種多參數(shù)成像,不僅能夠清晰地顯示解剖結(jié)構(gòu),而且還能反映人體的各種功能狀態(tài)。磁共振成像已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床,在人類疾病的診斷中發(fā)揮著無與倫比的作用。 成像速度一直是臨床磁共振應(yīng)用所要考慮的重要因素。因此,自磁共振問世以來,研究者一直致力于提高成像速度。在臨床磁共振應(yīng)用初期,甚至簡單的檢測都需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)的掃描時(shí)間。發(fā)展到90年代,隨著場強(qiáng),梯度硬件,脈沖序列等性能上的增強(qiáng)導(dǎo)致了成像速度的大幅提高。然而,成像速度也極大依賴于磁共振設(shè)備的梯度系統(tǒng)的性能,同時(shí)硬件的發(fā)展也極大制約了速度的進(jìn)一步提高。其原因在于物理、生理上的限制,以及過快的場梯度切換率給患者神經(jīng)、肌肉上的刺激。因此,磁共振的成像速度從生理以及技術(shù)的角度上看幾乎已提高到其內(nèi)在的極限,也極大限制了磁共振在臨床更廣泛的應(yīng)用。在最近10年里,基于多通道采集技術(shù)的并行磁共振成像的出現(xiàn)對磁共振成像產(chǎn)生了根本變革,也使得研究者再一次看到了成像速度進(jìn)一步提高的可行性。這項(xiàng)技術(shù)大幅提高成像速度,進(jìn)而有效減少了運(yùn)動和磁化偽影的產(chǎn)生,使成像速度提高到超快速的水平,進(jìn)一步拓寬了臨床應(yīng)用。本文同樣也聚焦于此研究熱點(diǎn),致力于研究并解決醫(yī)學(xué)磁共振成像中基于并行成像技術(shù)的偽影消除問題,既可以為臨床醫(yī)學(xué)診斷提供更高質(zhì)量的圖像,又將形成自主知識產(chǎn)權(quán),為我國自主研發(fā)磁共振成像設(shè)備提供技術(shù)支持。 從磁共振成像方式上來講,成像時(shí)間長的一個(gè)主要原因是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的磁共振成像中,相位編碼步必須通過逐步轉(zhuǎn)換的磁場梯度來嚴(yán)格按照成像序列順序執(zhí)行,這也就限制了數(shù)據(jù)采集時(shí)間。相位編碼線的數(shù)量同時(shí)也決定了圖像在相位編碼方向上的分辨率。而在并行成像中,空間編碼通過使用多線圈部分地代替了通常使用的梯度編碼方式,因?yàn)楦裢獾囊恍┛臻g信息可以通過多線圈之間的線圈敏感度差異來獲得。簡而言之,并行成像技術(shù)就是使用相控陣線圈內(nèi)在包含的空間信息來代替消耗時(shí)間的相位編碼步。然而,并行成像作為一項(xiàng)新的技術(shù),必然有其不足。例如,使用并行成像技術(shù)時(shí)信噪比的損失不可避免。但是,在如今的臨床應(yīng)用中,采用降低因子為2甚至更高的情況下,信噪比的損失幾乎不會影響診斷的準(zhǔn)確性和圖像分析。 在近十年中,隨著多通道并行采集技術(shù)的出現(xiàn),并行成像一直是MR成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題之一,配合這項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)生也下相繼提出了許多有效的計(jì)算方法(重建算法)來進(jìn)一步完善和推廣這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。其中,敏感性編碼(SENSitivity Encoding,SENSE)技術(shù)是磁共振并行成像技術(shù)中開發(fā)最早,應(yīng)用最成熟的一種方法,已經(jīng)與現(xiàn)有磁共振成像系統(tǒng)完美的結(jié)合,如GE公司在EXCITEⅡ磁共振系統(tǒng)中的ASSET(Array Spatial Sensitivity Encoding Technique)技術(shù),Philips公司的SyncraScan掃描技術(shù)和SIEMENS公司的iPAT(integrated ParallelAcquisition Technology)技術(shù)。 然而,偽影和噪聲在整個(gè)成像過程中不可避免。目前SENSE算法處理破壞數(shù)據(jù)的做法是建立有效的噪聲模型,尚沒有對算法進(jìn)行優(yōu)化。在本研究中,作者對算法進(jìn)行深入研究,提出了基于魯棒估計(jì)框架下的優(yōu)化算法以更好的滿足臨床實(shí)際需求。 研究分析得出:在多通道并行成像數(shù)據(jù)獲取過程中線圈數(shù)據(jù)常常受到運(yùn)動和噪聲的影響而發(fā)生異常。在磁共振成像中,偽影和噪聲可以看成觀測數(shù)據(jù)集中的異常值�，F(xiàn)有的SENSE方法是基于最小二乘估計(jì)產(chǎn)生的解,由于破壞數(shù)據(jù)和異常值的存在往往會造成大殘差的情況,而最小二乘解通常對具有大殘差的數(shù)據(jù)點(diǎn)十分敏感,使現(xiàn)有算法并不具有魯棒性。 另外,隨著多通道并行成像技術(shù)的出現(xiàn)使得快速成像發(fā)展到了一個(gè)全新的階段,然而如何把這項(xiàng)全新的技術(shù)與現(xiàn)有的成像技術(shù)相結(jié)合也一直是磁共振研究熱點(diǎn)問題之一。部分傅立葉數(shù)據(jù)重建和多通道并行成像是兩種有效的磁共振快速成像技術(shù)。由于在部分?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)過程中會由于共軛對稱性的破壞而產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)并隨之帶來相位偏移,使得在之后進(jìn)行的并行重建過程發(fā)生錯誤造成重建圖像產(chǎn)生偽影。在本研究中,作者提出了一種新的約束重建算法去消除重建圖像中產(chǎn)生的偽影。算法應(yīng)用AM魯棒估計(jì)的框架對破壞數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正,針對上述介紹的兩個(gè)臨床問題給出了理想的解決方案,很好的抑制了異常值對數(shù)據(jù)集造成的影響。 此外,并行成像技術(shù)也提供了更加靈活的利用MR信號的方式,以至于使用者可以選擇獲得更高的圖像分辨率或者更快的成像速度。例如,在不增加掃描時(shí)間的情況下,通過靈活的線圈組合在完成大視野區(qū)域掃描時(shí)(如脊椎)可以獲得更加清晰的分辨率。然而,如何結(jié)合線圈圖像得到最終的復(fù)合圖像是其中的一個(gè)關(guān)鍵問題。平方和算法是多線圈采集技術(shù)與并行成像中常用的一種圖像結(jié)合方法,在無法確定線圈敏感度系數(shù)的情況下,也被認(rèn)為是一種最優(yōu)的結(jié)合算法。但是在數(shù)據(jù)采集過程中,運(yùn)動常常會使個(gè)別位置的線圈數(shù)據(jù)發(fā)生異常,采用平方和算法重建會對最終的復(fù)合圖像質(zhì)量產(chǎn)生很大影響,本章對現(xiàn)有的平方和算法做了深入研究,分析其原因在于平方和算法中單個(gè)線圈圖像數(shù)據(jù)是采用相等權(quán)重的方式結(jié)合在一起,這樣其中某一個(gè)或幾個(gè)元素發(fā)生錯誤時(shí)勢必會對產(chǎn)生結(jié)果造成巨大影響。本文以圖像最大互信息量為判據(jù)首先統(tǒng)計(jì)出錯誤數(shù)據(jù),并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了一種新的重建算法——加權(quán)平方和算法,最大限度的降低破壞數(shù)據(jù)對最終復(fù)合圖像造成的影響。 總之,本研究基于當(dāng)前最新的多通道并行成像技術(shù),針對其現(xiàn)有重建算法中存在的缺陷,提出了穩(wěn)健性與精度都更好的AM-SENSE優(yōu)化新算法,并使與其原有的快速成像技術(shù)進(jìn)行了有效的結(jié)合,在最大限度縮短掃描時(shí)間的同時(shí)也獲得了臨床適用的圖像質(zhì)量。另外,基于現(xiàn)有的并行成像中圖像結(jié)合方法在數(shù)據(jù)破壞時(shí)存在的缺陷,提出了加權(quán)平方和算法來最大限度的降低破壞數(shù)據(jù)對最終復(fù)合圖像造成的影響,顯著提高了存在運(yùn)動時(shí)結(jié)合算法的魯棒性。
【學(xué)位單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：R445.2
【部分圖文】：

2.1.2靜磁場中的原子核在自然狀態(tài)下，質(zhì)子的排列處于無序狀態(tài)，但是當(dāng)把物質(zhì)置入一強(qiáng)大的磁場內(nèi)時(shí)，質(zhì)子的自身磁場將被強(qiáng)的外磁場規(guī)范，如圖2一2所示，質(zhì)子的南北極方向?qū)⒈黄妊赝獯艌龇较蚺帕�，即平行于外磁場，但是一部分質(zhì)子的磁矩與外磁場方向一致，而一部分質(zhì)子的磁矩與外磁場方向相反，而且與外磁場方向一致排列的質(zhì)子數(shù)目比相反方向者略多.依照量子物理學(xué)原理，原子磁矩進(jìn)入外磁場之后，其空間取向發(fā)生量子化，即只能取一些確定的方向.如自旋量子數(shù)為I，則只能取21+1個(gè)不同方向，從而形成它與外磁場的相互作用不同.所以，在外磁場的作用下，使原來的能級分裂成為21+1能級

。…·.、(a)自旋的原子核徹自旋核的磁效應(yīng)圖2一1原子核的自旋及其磁效應(yīng)Fig.2一 1SPinningofnueleusanditsmagnetization2.1.2靜磁場中的原子核在自然狀態(tài)下，質(zhì)子的排列處于無序狀態(tài)，但是當(dāng)把物質(zhì)置入一強(qiáng)大的磁場內(nèi)時(shí)，質(zhì)子的自身磁場將被強(qiáng)的外磁場規(guī)范，如圖2一2所示，質(zhì)子的南北極方向?qū)⒈黄妊赝獯艌龇较蚺帕�，即平行于外磁場，但是一部分質(zhì)子的磁矩與外磁場方向一致，而一部分質(zhì)子的磁矩與外磁場方向相反，而且與外磁場方向一致排列的質(zhì)子數(shù)目比相反方向者略多.依照量子物理學(xué)原理，原子磁矩進(jìn)入外磁場之后，其空間取向發(fā)生量子化，即只能取一些確定的方向.如自旋量子數(shù)為I，則只能取21+1個(gè)不同方向

’卜令-.-.-二心一和...一卜·卜今(a)全空間采樣方式(b)欠采樣方式圖3一2不同采樣方式下的得到k-空間數(shù)據(jù)及其重建結(jié)果Fig.3一 2differentae明isitionofsamPleresultingindifferentacquiredk-spaeelinesandrecons仃 uctedresult此時(shí)，空間像元玲，力的信號強(qiáng)度為:尸伽，y)=只工，y)側(cè)工，y)+稱+FOVP，y)q對FOVP，y)(3一3)這里，S(x+FOVP
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 黃文月;新型開放式超導(dǎo)MRI主磁體設(shè)計(jì)[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2012年

2 范娜;基于OMAP的嵌入式08JC1409200顯示終端[D];華東師范大學(xué);2012年

3 白羅羅;并行磁共振圖像采集及重建方法研究[D];青島大學(xué);2013年

本文編號：2859925