基于PROPELLER采樣的磁共振成像運(yùn)動(dòng)偽影消除方法研究.pdf

1、自從磁共振成像設(shè)備出現(xiàn)以來，如何有效地克服運(yùn)動(dòng)對(duì)成像的影響，一直是醫(yī)學(xué)磁共振成像研究的熱點(diǎn)同時(shí)也是技術(shù)難題之一。 本文致力于研究并解決醫(yī)學(xué)磁共振成像中運(yùn)動(dòng)偽影的消除問題，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(shí)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。 1999年St.Joseph's醫(yī)院的JamesG.Pipe首次提出了PROPELLER采樣方式及其重建算法，運(yùn)動(dòng)偽影消除的效果非常顯著，已經(jīng)在頭部

2、磁共振成像中獲得了成功應(yīng)用，并被推廣用于擴(kuò)散加權(quán)成像與擴(kuò)散張量成像研究。而且該方法2003年被GE公司采用，并于2004年推向了中國大陸市場(chǎng)，成為其高端磁共振成像設(shè)備的最新賣點(diǎn)之一。 然而，目前文獻(xiàn)中報(bào)道的PROPELLER方法與GE公司提供的PROPELLER序列，只能消除T2加權(quán)成像中的運(yùn)動(dòng)干擾。用于T1加權(quán)成像時(shí)，由于現(xiàn)有算法運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的精度與穩(wěn)健性不夠，偽影消除的效果不理想，甚至引入新的偽影干擾。而且，PROPELLE

3、R數(shù)據(jù)網(wǎng)格化重建中的現(xiàn)有采樣密度補(bǔ)償算法耗時(shí)太長，需要對(duì)算法進(jìn)行加速研究，以更好地滿足臨床需求。 對(duì)采集到的T1加權(quán)PROPELLER采樣數(shù)據(jù)，利用JamesG.Pipe所提重建算法進(jìn)行了重建實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該算法偽影消除效果不理想；通過分析，確定原因是由于重建中運(yùn)動(dòng)估計(jì)的精度過低所致；通過對(duì)基于頻域相關(guān)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該算法為了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與平移運(yùn)動(dòng)估計(jì)的分離，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)估計(jì)時(shí)，丟掉了復(fù)數(shù)的相位信息，導(dǎo)致了估計(jì)精度的大大

4、下降。 根據(jù)PROPELLER采樣數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，由每個(gè)K空間條都可以重建出一幅較模糊的臨時(shí)圖像，完全可以由這些臨時(shí)圖像數(shù)據(jù)，通過圖像配準(zhǔn)算法，估計(jì)出相關(guān)運(yùn)動(dòng)信息。因此，本文提出基于最大化頻域相關(guān)與圖像域互信息相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)估計(jì)新算法，首先基于頻域相關(guān)算法給出初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)的粗略估計(jì)，然后在圖像域通過最大化互信息來進(jìn)一步精確估計(jì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。該算法能夠充分利用PROPELLER采樣數(shù)據(jù)的信息，提高了運(yùn)動(dòng)信息估計(jì)的精度與穩(wěn)健性。 由于

5、由每個(gè)K空間條數(shù)據(jù)重建出的圖像非常模糊且受嚴(yán)重的Gibbs環(huán)干擾，本文提出圖像模糊增強(qiáng)算法，在圖像域最大化互信息算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)前，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，壓制圖像中過亮與過暗的區(qū)域，消除圖像中的一部分噪聲，并有效增強(qiáng)了其對(duì)比度，進(jìn)一步提升了運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的精度與穩(wěn)健性。 在進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后，本文實(shí)現(xiàn)了PROPELLER磁共振數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化重建算法，由于PROPELLER數(shù)據(jù)量比較大，現(xiàn)有的采樣密度補(bǔ)償算法非常耗時(shí)。本文基于網(wǎng)格化一個(gè)全為

6、1的向量，提出PROPELLER數(shù)據(jù)網(wǎng)格化中采樣密度的快速補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)磁共振圖像的快速重建，更好地滿足了臨床要求。 總之，本文基于當(dāng)前具有良好的運(yùn)動(dòng)偽影消除效果的PROPELLER采樣，針對(duì)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CF-MIS運(yùn)動(dòng)估計(jì)新算法與基于采樣密度的快速補(bǔ)償新算法，并將所提算法應(yīng)用于T1加權(quán)成像數(shù)據(jù)，有效消除了T1加權(quán)成像中剛性運(yùn)動(dòng)偽影，顯著提高了有運(yùn)動(dòng)時(shí)T1加權(quán)磁共振成像的質(zhì)量。