《基於兩維系統理論的並行磁共振成像算法研究》是依託中山大學，由楊然擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於兩維系統理論的並行磁共振成像算法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊然
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
磁共振成像（MRI）因其清晰的成像效果和安全性已成為重要的臨床診斷手段，而提高其成像速度是當前研究中的一個重要並具有挑戰性的問題。近期並行磁共振成像（PMRI）方法的提出打破了傳統方法中由梯度磁場性能決定的成像速度極限，開創了快速磁共振成像的新階段。.PMRI成像的本質是對PMRI過程求逆以構造圖像，其複雜程度直接依賴於PMRI過程的數學模型。目前大部分文獻採用由線圈敏感函式值構造的卷積核矩陣來描述PMRI過程。基於此模型的PMRI需要計算龐大的矩陣方程近似解，其誤差和相應的圖像偽影將隨成像速度的增加而顯著增加，嚴重製約了PMRI成像速度和質量的進一步提高。.本項目將採用完全不同的建模概念和方法，首次運用動態系統理論揭示PMRI過程的數理本質，並用成熟的兩維系統和信號處理方法研發全新的PMRI算法，從而突破制約PMRI成像速度的瓶頸，建立能顯著提高PMRI成像速度和質量的理論、方法和技術。
結題摘要
本項目研究的是目前磁共振成像領域的一個關鍵技術問題，即圖像重構問題。雖然磁共振成像因其清晰的成像效果和安全性已成為重要的臨床診斷手段，但是由於MRI磁場切換速率受到硬體實現約束以及人體生理約束，磁共振的掃描速度一直是制約磁共振發展的瓶頸，如何提高磁共振掃描速度是當前研究中的一個重要並具有挑戰性的問題。針對該問題，本項目主要從①並行磁共振成像和②基於壓縮感知的磁共振成像兩個方面入手開展研究工作，下面分別簡要介紹這兩方面的工作。目前並行磁共振成像技術已經在商用磁共振掃描設備上普及，其通過在空間不同位置排列的多個接收線圈來同時接收掃描數據，以獲得對單次掃描的更多信息，從而彌補降低掃描次數帶來的數據缺失。本項目對目前最常用的並行成像算法GRAPPA算法進行分析，指出其數理上存在的問題，並在此基礎上提出一種基於兩維系統模型的GRAPPA算法。該算法符合磁共振成像的兩維系統本質，能夠較大程度地提高成像效果，加快掃描的加速倍數。此外，對於動態成像問題，本項目也進行了探索，首先分析了目前最常用的k-t BLAST算法，指出該算法對於非周期運動對象存在的缺陷，並提出了同時適用於周期和非周期運動對象的成像算法。此外，本項目還將壓縮編碼中的運動估計方法引入動態磁共振成像中，提出基於運動估計的動態磁共振成像算法，該算法能夠較大程度地提高動態圖像時間和空間解析度。壓縮感知理論於2006年被提出，該理論指出如果信號滿足某種稀疏性，則對信號的測量通過較低的採樣率就可以實現信號的完全恢復。本項目將壓縮感知的思想套用於磁共振成像中，首先研究了採樣軌跡對壓縮感知磁共振成像效果的影響，提出了一種不同於現有矩形格線軌跡、螺旋軌跡等的採樣軌跡，即基於兩維混沌系統的採樣軌跡，它能很好地滿足壓縮感知理論對採樣信號隨機性的要求。實驗表明在同樣的採樣點數情況下，混沌軌跡和現有的掃描軌跡相比，具有掃描時間短、成像效果好的特點。此外，本項目還研究了如何選取並最佳化壓縮感知磁共振成像算法中的稀疏變換，提出一種以雙密度雙樹小波濾波器組為稀疏變換的壓縮感知磁共振成像算法，同時還提出一種對稀疏變換進行疊代最佳化以更好地滿足壓縮感知理論對測量矩陣以及稀疏矩陣的相關性要求的算法，以得到更好的信號重建效果。
