基于擴(kuò)散張量成像的擴(kuò)散張量估算及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、擴(kuò)散張量成像是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新的核磁共振成像技術(shù)，是目前世界上唯一能夠無(wú)創(chuàng)檢測(cè)活體組織中水分子擴(kuò)散情況的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。它能夠提供人體的組織結(jié)構(gòu)信息以及大腦白質(zhì)纖維束的分布信息，對(duì)于大腦皮質(zhì)及皮質(zhì)下白質(zhì)纖維的研究以及大腦的多種疾病如腫瘤、梗死、認(rèn)知等研究都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因而在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域中具有非常大的應(yīng)用前景。
　　 本文對(duì)擴(kuò)散張量成像的張量估算及相關(guān)技術(shù)研究主要包括三個(gè)方面:擴(kuò)散張量圖像中的噪聲的特點(diǎn)及其對(duì)擴(kuò)散

2、張量成像的影響研究、擴(kuò)散張量圖像的張量估算方法的研究、擴(kuò)散張量圖像的降噪方法的研究。首先根據(jù)核磁共振擴(kuò)散張量成像的機(jī)理，對(duì)擴(kuò)散張量圖像中噪聲的分布特性及其對(duì)擴(kuò)散張量圖像的影響進(jìn)行了分析。研究中通過(guò)對(duì)擴(kuò)散張量圖像中的噪聲來(lái)源進(jìn)行深入分析，并在此基礎(chǔ)上建立了擴(kuò)散張量圖像的萊斯噪聲模型，同時(shí)基于該含噪模型提出了采用矩估計(jì)的方法對(duì)核磁共振擴(kuò)散張量圖像的噪聲進(jìn)行估算，這種方法能夠更加有效地對(duì)擴(kuò)散張量的噪聲進(jìn)行估計(jì)。進(jìn)一步，我們?cè)谠摵肽Ｐ偷幕A(chǔ)上

3、通過(guò)蒙特卡羅仿真實(shí)驗(yàn)深入分析擴(kuò)散張量圖像及其導(dǎo)出量如張量各向異性值(Fractional Anisotropy FA)及張量跡(Trace)等參數(shù)值在噪聲影響下產(chǎn)生的偏差，總結(jié)了擴(kuò)散張量特性在不同噪聲下的變化規(guī)律，這些規(guī)律對(duì)于圖像的校正、分析及診斷都具有非常重要的意義。其次，在擴(kuò)散張量的估計(jì)方面，我們針對(duì)擴(kuò)散張量圖像的成像原理，建立擴(kuò)散張量的估算模型。并針對(duì)圖像中的異常數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及其對(duì)張量估算的影響進(jìn)行分析。同時(shí)對(duì)張量估算領(lǐng)域中經(jīng)典的最

4、小二乘估計(jì)法進(jìn)行了深入研究，針對(duì)最小二乘估計(jì)法穩(wěn)健性比較差的特點(diǎn)提出了將M估計(jì)、HBP估計(jì)及MM估計(jì)等穩(wěn)健估計(jì)算法應(yīng)用于擴(kuò)散張量的估算中，并對(duì)各估計(jì)算法在擴(kuò)散張量估計(jì)中的效果進(jìn)行分析比較，采用模擬以及真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在擴(kuò)散張量的估算中，穩(wěn)健估計(jì)算法中的MM估計(jì)兼具非常好的穩(wěn)健性及估計(jì)效率，較其他算法能夠得到更好的張量估計(jì)結(jié)果。最后，我們基于擴(kuò)散張量圖像的特點(diǎn)，對(duì)非線性及線性濾波器在擴(kuò)散張量圖像降噪中的應(yīng)用進(jìn)行研究。由

5、于擴(kuò)散張量圖像的噪聲為萊斯噪聲、數(shù)據(jù)量非常大并且對(duì)數(shù)據(jù)要求進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，所以要求用于擴(kuò)散張量圖像降噪的濾波器能夠較好的保留圖像邊界并且運(yùn)算簡(jiǎn)單。根據(jù)這些特點(diǎn)，我們對(duì)維納濾波器在擴(kuò)散張量圖像降噪中的應(yīng)用進(jìn)行了深入分析，針對(duì)維納濾波器在保留圖像邊界和不能有效去除萊斯噪聲等方面的不足提出了鄰域偏移算法以及萊斯校正算法。并進(jìn)一步采用鄰域偏移算法及萊斯校正算法對(duì)維納濾波器進(jìn)行修正，從而使其更好地適用于對(duì)擴(kuò)散張量圖像的降噪處理。我們通過(guò)模擬數(shù)據(jù)及真