磁共振成像中的非均匀场校正及线圈灵敏度估计算法研究.pdf

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论论文题目接共振成像中的昨均句场枝正及线團灵故度诂计算法斫允作者姓名学科专业控制科学与工程导师姓名凌職授二—五年五月完成时间中函科嗲敉术大嗲博士学位论文磁共振成像中的非均匀场校正及线圈灵敏度估计算法研究作者姓名：李朝辉学科专业：控制科学与工程导师姓名：凌强副教授完成时间：UniversityofScienceandTechnologyofChinaADissertationforDoctor'sDegreeStudyonIntensityInhomogeneityCorr

2、ectionandCoilSensitivityEstimationinMagneticResonanceImagingAuthor'sName：：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所交的学位论文，是本人在导师指导进行研究工作所取得的成果。除己特別加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同了：作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名签字期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向

3、国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。‘开口保密（年）作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：摘要摘要磁共振成像由于其高对比度、高分辨率、可任怠选择成像层面、无辐射伤害等特点而被广泛地应用于医疗诊断、科学研宄等领域。磁共振成像系统是一种极为精细复杂的系统，设备巾的微小误差或环境干扰都可能影响成像质量，其中一个比较严重的问题就是由

4、磁场分布不均匀或者线圈灵敏度存在空间差异性造成的灰度不均匀现象。灰度不均匀现象会造成图像中同一组织域的灰度变化，降低图像信噪比，对医生诊断和计算机辅助分析，如分割、配准等造成干扰。因此必须在磁共振图像被应用之前进行处理以消除非均匀场。非均匀场是一种光滑的、缓慢变化的乘性场，它的存在会导致磁共振图像发生渐变的亮度变化，使同一组织区域的灰度值发生偏差。利用这特性，本文在之前的一些非均匀场校正研究的基础上提出了两种新的校正算法：利用灰度信息通过寻找多组织区域进行曲面拟合的方法和利用梯度信息消除类间灰度差的曲面拟合方法。本文首先提出了一种基于多组织区域查找与多项式

5、拟合的非均匀场校正方法。基于灰度信息的校正方法一般假设同一种组织所在区域内的灰度值大致相同，为一常数值。由于受到非均匀场干扰产生偏差，组织内部的灰度偏差就反映图像的非均匀性特征。传统的校正算法通过在直方图中确定阈值的方法来确定某一组织区域并利用区域内的灰度变化来佔计非均匀场。但这种方法所估计的非均匀场的精度过于依赖于阈值的选取，阈值的不当选择会对图像中组织分割的结果造成影响：把应分属于不同组织的区域划归属于同一组织，或把属于同一组织的区域分裂成属于不同组织的区域。而这样的错误分割结果会造成对非均匀场的错误估计。此外，非均匀场的估计精度还与组织的分布范围有关

6、，若用于拟合的组织区域过于集中于某一局部区域，则其他区域的非均匀场会依赖于多项式的外推，这增加了过拟合的风险。为解决以上问题，本文提出一种改进方法，通过区域增长来选取磁共振图像中的组织区域，并迭代地选取多种组织，从图像中提取尽可能多的、可以反映非均匀场变化情况的区域以尽可能覆盖图像中的大多数组织区域。在拟合非均匀场曲面时将这些不同组织区域内的非均匀性特征融合到同一多项式拟合问题中进行求解。这种方法提高了非均匀场估计的精度和鲁棒性。本文同时提出了一种利用梯度信息消除类间灰度差的曲面拟合方法。由于一般的磁共振图像包含多种组织类型，而非均匀场为乘性场，与组织灰度

7、耦合在一起，采用灰度信息进行非均匀场估计时，若组织区域分割错误，则不同组织之间的灰度差会对非均匀性信息的提取造成影响。为了消除这一影响，本文提出种改进算法，将非均匀图像转换到对数域，并对对数域图像的梯度进行处理，通过图像梯度的变化趋势代替灰度值的变化来拟合曲面。这种算法避免了非均匀场与组织灰度耦合的问题。本算法还设计了一种结合方向和方向的一阶梯度信息的特殊曲面拟合方法，可以避兔其他基于梯度的非均匀场估计方法中的重积分或者二阶梯度所引入的较大误差，能较好地提高非均匀场的估计精度。本文还将上述方法应用于多线圈成像中线圈灵敏度的估计，并提出了一种改进的迭代策略。

8、在多线圈磁共振扫描设备中，体表线圓的灵敏度变化函数被用来合成均匀的