高角分辨率成像中方向概率密度函數(shù)的估計(jì).pdf

1、在生物組織中，水分子的運(yùn)動(dòng)受周圍組織結(jié)構(gòu)的影響。水分子運(yùn)動(dòng)的軌跡反應(yīng)了周圍組織的微觀結(jié)構(gòu)。擴(kuò)散磁共振成像(dMRI，diffusion magnetic resonanceimaging)是唯一的一種無(wú)創(chuàng)的，可以活體檢測(cè)生物組織內(nèi)水分子擴(kuò)散信息的技術(shù)。通過(guò)測(cè)量水分子的擴(kuò)散，dMRI可以提供生物組織的微觀結(jié)構(gòu)信息。
　　擴(kuò)散張量成像(DTI，diffusion tensor imaging)是最常用的一種探測(cè)大腦白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的dMR

2、I技術(shù)，但是DTI模型受Gaussian假設(shè)的限制，在每個(gè)體素內(nèi)只能給出一根纖維方向的信息，不能解決多纖維交叉等問(wèn)題。為給出復(fù)雜的大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，如解決纖維交叉等問(wèn)題，高角度分辨率擴(kuò)散成像(HARDI，high angularresolution diffusion imaging)技術(shù)被提出來(lái)。本論文中高角度分辨率擴(kuò)散成像簡(jiǎn)稱為高角分辨率成像。HARDI的采樣分布在一個(gè)球殼或多個(gè)球殼上，由此被分為兩類:單球殼HARDI(sHARDI

3、，single-shell HARDI)和多球殼HARDI(mHARDI，multi-shellHARDI)。
　　本論文著重考慮sHARDI技術(shù)，主要貢獻(xiàn)有:
　　1.給出一種sHARDI中不基于信號(hào)具體模型的估計(jì)方向概率密度函數(shù)(OPDF,orientation probabiltiy density function)的方法。Q-Ball成像(QBI，Q-Ball imaging)是一種基于Funk-Radon變換（F

4、RT，F(xiàn)unk-Radon transform）的可估計(jì)方向分布函數(shù)(ODF，orientation distribution function)的被廣泛應(yīng)用的sHARDI技術(shù)。QBI不需要采樣球殼外的HARDI信號(hào)的假設(shè)。然而QBI中估計(jì)的ODF不是一個(gè)真正的概率密度函數(shù)，OPDF確是真正的概率密度函數(shù)，具有正確的概率解釋。論文中我們給出的這個(gè)sHARDI模型也是基于FRT的，但是可以解析估計(jì)OPDF。換句話說(shuō)，這個(gè)模型可以看做一個(gè)可

5、估計(jì)OPDF的QBI的一種變形。
　　2.給出sHARDI中估計(jì)OPDF的iOPDT模型（改進(jìn)的OPDT模型）。OPDT是由Tristán-Vega等給出的一種基于FRT的估計(jì)OPDF的模型，它存在由FRT引入的誤差。Aganj等證明了OPDF的徑向部分等于一個(gè)常數(shù)，它是與信號(hào)無(wú)關(guān)的?；谶@種考慮，我們給出了一種改進(jìn)的OPDT模型(iOPDT)，且有閉形式解。它通過(guò)將OPDT中的徑向部分替換為其在球面上的平均值來(lái)降低FRT誤差。i

6、OPDT是一種基于FRT的單球殼HARDI模型，與OPDT比較，它提高了角分辨率，且?guī)缀醣３至烁叩慕嵌葴?zhǔn)確性，抗噪性和計(jì)算效率。在仿真數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)上的結(jié)果均證實(shí)了它的有效性。
　　3.利用壓縮傳感的知識(shí)，在iOPDT模型中用球脊波(SR，spherical ridgelet)函數(shù)解析地估計(jì)OPDF。SR已經(jīng)被證明可以稀疏表示HARDI信號(hào)，雖然在HARDI中一般用球調(diào)和(SH，spherical harmonic)函數(shù)，但是SH