Propeller成像方式的MRI图像重建算法研究
基于MRI PROPELLER技术的K空间欠采样算法研究

MR 技术 以其 无辐射 危害, 比分辨 率 高, I 对 多方
的崭新数据 采集 和重建方法 , 它能纠正受检对象 层面 内平移和旋 转引起 的运动伪 影。 R E L R P OP L E 技术包
括数据 采集 、 相位校 正、 旋转 校正、 平移校正 、 关性 相 加权和 图像 重建等几个 步骤 。 这里研究 的重点是其 PO E L R R P L E 数据 采集的部分。 P O E LR R P L E 技术数据 采集方 式独特, 如图1 所示 为MR 空间中的单个数据带。 R P L E 技术将在 I K POEL R
位、 多参数 采集及功能成像等 优势, 被认为是医学诊断 中最 重要的进展 。 但在MR 过程 中仍有一些 问题需要 I
解决, 中就包括运动伪影校正问题 。 其 由于MR 对运动 I 的敏感性较高 , 成像过程 中病人发生轻微运动就会 引 起图像模糊。 因此, 临床上躁动的病人以及儿童等不能
Col ge o nor to giee ig, ia Jl g Unv st, ng ho 01 Chn l fIf ma in En n rn Chn ian ieri Ha z u 31 e i y 0 8, ia
P O E L R ( eid a y rttd o e l pn a al n sw t e h n e e o srcin i a n w meh d o R P L E p r i l ae v r p i p r l lie i n a c dr c n t t )s e to f o c l o a g e l h u o
K空间中采集N组数据带, 每个数据 带 由L 条平行数据 线构成 , 中包含了图像 的低频信息 。 个数 据带都 其 每
磁共振成像技术中的图像重建算法

磁共振成像技术中的图像重建算法磁共振成像技术是一种用于观察人体内部结构的非侵入性医学成像技术。
它通过对人体内部的磁场进行扫描,可以得到高分辨率的图像信息,从而帮助医生进行诊断。
在磁共振成像技术中,图像重建算法是非常重要的一环。
它负责从扫描得到的原始数据中重建出人体内部的结构信息,并生成可视化的图像用于医学诊断。
目前,磁共振成像技术的图像重建算法主要分为两类:频域算法和空域算法。
下面将分别对这两种算法进行介绍。
一、频域算法频域算法将磁共振信号转换到频域进行处理,然后再将处理后的数据转换回时域,得到最终的图像。
其中,最常用的频域算法是快速傅里叶变换(FFT)。
它可以将磁共振信号快速地转换到频域进行处理,然后再进行反变换,得到重建后的图像。
虽然快速傅里叶变换的速度很快,但是这种算法存在一定的局限性。
例如,磁共振信号中存在很多不同频率的信号,而快速傅里叶变换对信号的不同频率处理效果不能很好地区分,从而影响图像的质量。
二、空域算法空域算法是通过对原始数据进行处理,直接得到重建后的图像。
其中,最常用的空域算法是反向投影算法。
这种算法可以将不同方向的扫描数据按照一定的规则投影到图像平面上,然后将所有的投影结果叠加起来,得到最终的重建图像。
反向投影算法的优点是可以处理不同方向的扫描数据,其中还可以添加一些先验信息,从而提高图像质量。
然而,这种算法也存在一些问题,比如有时会出现伪影情况。
此外,还有一些其他的空域算法,比如基于大脑并行矩形图像重建的算法(BART)和基于稀疏表示的重建算法(CS-MRI)。
这些算法可以在一定程度上提高图片的质量,并降低成像时间。
总结起来,磁共振成像技术的图像重建算法是非常复杂的,需要结合理论和实践进行优化。
随着计算机技术和算法的不断发展,未来有望实现更快速、更准确、更高质量的图像重建算法,从而实现更好的医学诊断效果。
磁共振成像金属伪影及其序列设计矫正 -优秀医学PPT课件

四、金属伪影矫正的方法
8、用增加带宽的方式扫描
增加带宽后,金属体伪影导致的邻近区域信号缺失、 畸变,较常规扫描成像有明显改善。
t1_tse_sag Bandwidth:161
2020/4/24
t1_tse_sag Bandwidth:318
四、金属伪影矫正的方法
注释:于晓君,侯仲军,利晞.以增加带宽的方式来抑制磁共振金属伪影[J].实用医技杂志2007(21)
(2)医用钴基合金:主要是钴铬钼合金,其力学性能、耐腐蚀性能及 生物相容性好,用于制造人工关节、齿科材料等。
(3)医用贵金属:金和银(抗磁性物质)贵金属具有独特的物理及化学 性能,对生物组织无毒,刺激性小,多用于牙齿修复等。
(4)医用钛及其合金钛铝钒等,生物相容行好。耐腐蚀性好合金密度 小,具有一定的力学相容性。主要用于整形外科,骨科等。
但是对待有金属植入物的患者进行MRI检查时,要考 虑金属植入物在图像上的伪影问题。异常伪影信号使图像 变形,影响其观察和诊断,这会降低图像的诊断性能。
2020/4/24
一、研究背景
医用金属材料应用广泛
(1)医用不锈钢:有铁素体、奥式体和沉淀硬化型不锈钢;奥式体不锈 钢无磁性,抗腐蚀性能好,广泛用于人工关节,骨折内固定器械、 各种齿冠,固定支架人工心脏瓣膜等。
STIR脂肪抑制磁场对磁场的均 匀度要求较低,在高低场强均可用, 它是一种反转恢复抑制序列,其对脂 肪信号的抑制不是根据化学位移,而 是基于弛豫时间的长短。
四、金属伪影矫正的方法
7、选择正确的相位编码方向
因伪影在成像平面内倾向于沿频率编码方向分布,可以改变频 率编码与相位编码的方向,可以使伪影避开需要观察的组织。
在实际应用中,对头部有固定金属植入体的患者, 以及腰椎检查、定位片发现节育环金属伪影严重时,可 先采用常规扫描方式,当伪影对检查部位造成严重干扰, 影响诊断时,再辅以增加带宽方式扫描。
Propeller成像方式的MRI图像重建算法研究

关 键 词 : 共振 成像 ; rp lr 图像 重建 磁 P o e e; l
中图分类号 : 31 TP 9
文 献标 识 码 : A
文章 编 号 : 6 27 0 ( 0 2 0 30 5 — 3 1 7 — 8 0 2 1 ) 0 — 1 80
能 直接 采 用 F T 变 换 进行 图像 重 建 。常 见 的 非 等 间 隔采 F
匀性 。
S ( , )一 S( , 是 k k k )・W ( , k k) () 1
重 要 工 具 。在 磁 共 振 成 像 技 术 的 发 展 过 程 中 , 种 伪 影 一 各
直 干 扰着 MRI 成像 质 量 。对 于 婴 幼 儿 和 无 意 识 控 制 能 的 力的病人( 多动症 , 如 老年 痴 呆 等 ) 由于 MRI 描 时 间 较 , 扫 长 , 描 过 程 中各 种 非 自主 运 动 是 难 以 避 免 的 ; 且 对 于 扫 而
种 非 笛 卡 尔 的 MRI 集 方 式 。1 9 采 9 9年 J G.P p . ie首 次
其 中 , ( k) C k ,y为卷 积 函数 。卷 积 函数 的选 取 要 兼 顾
计 算 时 间和 内插 准 确 度 之 间 的 平 衡 , 们 选 用 k 空 间两 我 一
个方 向 可分 离 的 Kasr e sl 函数 : ie —B s e 窗
C( , k 志 )一 C( ) C( ) k . k
厂———
一
提 出 了 P o elr采 样 方 式 及 相 应 的 重 建 算 法 , 刚 性 运 rpl e 对 动 伪 影 的 消 除 效果 非 常显 著 , 已经 在 头 颅 磁 共 振 成像 中 获 得了成功应用 。 P o elr 像 是 一 种 可 以 自动 减 少 运 动 伪 影 的 MR rp l 成 e I 数 据 采 集 方 式 , 目前 国 内 开 发磁 共 振 扫 描 仪 力 求 具 备 的 是
LYTRO相机光场图像深度估计算法及重建的研究

LYTRO相机光场图像深度估计算法及重建的研究孙福盛;韩燮;丁江华;刘涛【摘要】Light-field cameras have now become available in both consumer and industrial applications. It is an important research subject to reconstruct the object by using the light field camera. In the course of practical research, the spatial information of the Lytro camera and the angle information are reused in the same sensor, which leads to the low resolution of the image, and the reconstruction effect is not ideal. In order to solve this problem, this paper presents a method of sub-pixel image depth estimation, performing the sub-pixel shifts based on multi-label of sub-aperture images in the frequency domain, building the matching cost volume reference to center view image. Then the use of the guide filter suppresses noise while keeping the edge of the image well, and matching cost behavior of multi label is optimized, the accurate depth estimation results are obtained. Finally, the surface rendering and texture mapping of the target depth map are processed, and finer results are obtained. The experimental results show that the proposed algorithm can solve the problem of fuzzy reconstruction in the reconstruction of complex objects with good performance.%光场相机目前已广泛应用于消费领域和工业应用领域,利用光场相机对目标物进行深度重建成为了一项重要的研究课题.在实际研究过程中,Lytro相机空间信息与角度信息复用于同一传感器,导致图像分辨率较低,从而使得重建效果不甚理想.为解决这一问题,提出了一种亚像素精度的光场图像深度估计方法,在频率域对子孔径图像进行多标签下的亚像素偏移,以中心视角图像为参照,建立像素匹配代价行为;使用引导滤波抑制噪声的同时保持了图像边缘;对多标签下的匹配代价行为进行优化,得到精确的深度估计结果.对目标深度图进行表面渲染、纹理映射等重建处理,得到较为精细的重建结果.实验结果表明,该算法在对复杂度较高的物体进行重建时,解决了重建模糊等问题,有较好的表现.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2018(054)013【总页数】6页(P175-180)【关键词】亚像素精度;多标签;图像匹配;图像分割;深度估计;三维重建【作者】孙福盛;韩燮;丁江华;刘涛【作者单位】中北大学计算机与控制工程学院,太原 030051;中北大学计算机与控制工程学院,太原 030051;中北大学计算机与控制工程学院,太原 030051;中北大学计算机与控制工程学院,太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TP391.411 引言图像的深度估计是计算机视觉研究中的一个基本问题,它在机器人学、目标跟踪、场景理解和三维重建中有着重要作用[1]。
基于迭代算法的图像超分辨率重建技术研究

基于迭代算法的图像超分辨率重建技术研究图像超分辨率重建技术是一种通过使用算法和技术将低分辨率(LR)图像转换为高分辨率(HR)图像的技术。
基于迭代算法的图像超分辨率重建技术是一种常见的方法,通过多次迭代来逐步提高图像的分辨率。
本文将探讨基于迭代算法的图像超分辨率重建技术的研究进展和关键技术。
一、图像超分辨率重建技术的背景随着数字图像处理技术的迅速发展,人们对图像清晰度和细节的要求越来越高。
然而,在许多实际应用中,由于摄像头性能限制或传输带宽限制,获取高分辨率图像变得困难。
因此,研究图像超分辨率重建技术成为了一个重要的课题。
图像超分辨率重建技术的目标是通过从低分辨率图像中恢复丢失的高频信息来增加图像的细节和清晰度。
在过去的几十年中,学术界和工业界已经提出了许多图像超分辨率重建技术。
而基于迭代算法的图像超分辨率重建技术在这些方法中具有广泛的应用和研究。
二、基于迭代算法的图像超分辨率重建技术方法基于迭代算法的图像超分辨率重建技术主要包括两个关键步骤:初始重建和迭代细化。
初始重建是通过一些预处理方法从低分辨率图像中恢复一些高频信息。
迭代细化是在初始重建的基础上,通过多次迭代来进一步提高图像的分辨率和细节。
首先,在初始重建中,常用的方法包括插值方法和统计建模方法。
插值方法是将低分辨率图像中的像素通过插值操作来恢复到高分辨率。
而统计建模方法则是利用已有的高分辨率图像和低分辨率图像之间的对应关系,通过统计建模来估计高频信息。
然后,在迭代细化中,常用的方法包括学习方法和正则化方法。
学习方法通过构建一个辅助模型来学习高分辨率图像和低分辨率图像之间的映射关系,并用学到的模型通过多次迭代来提高重建效果。
正则化方法通过加入正则化项来约束优化问题,以减少重建过程中的估计误差,并通过多次迭代逐步优化结果。
三、基于迭代算法的图像超分辨率重建技术的关键技术基于迭代算法的图像超分辨率重建技术的关键技术主要包括图像金字塔、超分辨率核、模型训练和优化算法等。
磁共振成像PROPELLER采样数据重建中的运动估计新算法

F E N G Y a n — Q i u C H E N Wu ・ F a n
H U A N G X i n C HE N Y a n g
( 研 L a b o fMe d i c a l I m a g e P r o c e s s i n gi n S c h o o l o fB i o m e d i c lE a n g i n e e r i g i n n S o u t h e r nM e d i c l a U n i v e r s i t y .G u a n g z h o u 5 1 0 5 1 5 )
PROPELLER技术在低场磁共振系统中的应用

位变 化 而不 影 响 K空 间数 据模 的 大小 :而 图像域 的旋 转
在 K空间 上对应 相 同角度 的旋转 .会 同时影 响 K空 间数
22 相 位校 正 由于沿 频率 编码 方 向上 磁场 梯度 并非 理 . 想 线性 以及 受 涡 流的影 响 ,每个 K空 间数 据带 的中心并
非恰好 在 采集 数 据 的 中心 ( 即旋 转 中心 ) 。如果 不进 行 校 正 ,重 建 后 图像 的有 些 区域 会 出现相 位 相 消而 造成 信号
23 运动 校正 . 将 运动 简单 地考 虑为 刚性 运动 ,又 分为 旋 转运 动 和平移 运 动 。利 用重 叠 采样 区域 的数据 来估 算
交正 、 关性 加权 以及 图像 重建 等几个 主要 步骤 。 相 : 数据 采 集 . 1 P O E L R数 据 采集 的方 式 是通 过 旋 R PLE
度 方 向 进行 影像 采 集 , 运动 看成 主要 发 生 在 2次 相 邻 采 集 的 时 间 间 隔 内 , 过 对 重 叠 采 样 区域 数 据 的 分 析 来 校 正 运 动 带 来 的 影 响 . 把 通 最
终 消除 运 动 伪 影 。就 该 技 术 在迈 瑞 03 场 系 统 MaS ne 6 .6 T低 g es 0中 的应 用 予 以简 单 介 绍 。 3
M- NDRA Y
删I 瑞@ f迈 l I l I l I l
・ 迈瑞专栏 ・
P O E L R技术在低场磁共振系统中的应用 R P LE
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Propeller成像方式的MRI图像重建算法研究作者:黄敏郭晶磊廖玚来源:《软件导刊》2012年第03期摘要:Propeller成像是一种可以自动减少运动伪影的MRI数据采集方式,是目前国内开发磁共振扫描仪力求具备的一项关键技术。
对非均匀间隔采集的图像重建方法进行了研究,对Propeller 采集的MRD数据文件的读取,k-空间原始数据及轨迹的显示,以及Propeller图像重建过程进行了分析,为Propeller图像重建算法的工程实现提供了参考。
关键词:磁共振成像;Propeller;图像重建中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1672-7800(2012)003-0158-基金项目:国家自然科学基金资助项目(30970782)作者简介:黄敏 (1972-),女,博士,中南民族大学生物医学工程学院副教授,研究方向为MRI成像、医学图像处理;郭晶磊(1986-),女,内蒙古赤峰人,中南民族大学生物医学工程学院硕士研究生,研究方向为图像与信号处理、MRI成像;廖玚(1986-),男,湖北人,中南民族大学生物医学工程学院硕士研究生,研究方向为图像与信号处理、MRI成像。
0 引言目前,随着磁共振成像(MRI)系统硬件和软件技术的飞速发展,MRI已成为临床影像诊断和科学研究的一种重要工具。
在磁共振成像技术的发展过程中,各种伪影一直干扰着MRI 的成像质量。
对于婴幼儿和无意识控制能力的病人(如多动症,老年痴呆等),由于MRI扫描时间较长,扫描过程中各种非自主运动是难以避免的;而且对于胸部和腹部等特殊位置的检查,心脏跳动、呼吸、胃肠蠕动等自主运动更加难免。
这些因素产生的运动伪影很难消除,从而影响到疾病的诊断,消除运动伪影是MRI领域研究的重点和技术难题之一。
Propeller技术的全称是 Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines with Enhanced Reconstruction,它是一种非笛卡尔的MRI采集方式。
1999年J.G. Pipe首次提出了Propeller采样方式及相应的重建算法,对刚性运动伪影的消除效果非常显著,已经在头颅磁共振成像中获得了成功应用。
Propeller成像是一种可以自动减少运动伪影的MRI数据采集方式,是目前国内开发磁共振扫描仪力求具备的一项技术。
本文对其非笛卡尔采样数据的图像重建算法中的关键步骤进行研究。
1 图像重建方法由于Propeller扫描的数据是非等间隔采集,所以不能直接采用FFT变换进行图像重建。
常见的非等间隔采样的数据的重建方法有直接傅立叶变换(DFT)法、网格化法、矩阵广义逆法等。
Jackson等人提出的网格化法目前使用最广泛,已用于Spiral轨迹采集的MRI数据重建。
2 数据处理2.1 原始数据的读取Propeller数据采集是以-空间中心附近的一组k-空间线为一条k-空间带,按照顺时针或逆时针方向旋转一定的角度,每旋转一定的角度采集一条k-空间带,直至完成整个k-空间的采样。
本文采用的-空间原始数据是在武汉特康磁共振公司的永磁型MR扫描仪上,对水模扫描获得的,共振中心频率为15.9MHz。
采集的数据遵循MR Solution谱仪的MRD格式。
*.MRD的文件格式包括五部分:①256字节的文件头:包含Propeller数据带的基本信息;②256字节的文本描述,一般为零;③Propeller采集的-空间数据,其存储模式是Center-Out的形式;④采样数据文件名;⑤PPR参数文件的拷贝,包含FOV及硬件参数等。
以特康磁共振公司MR扫描仪上获得的Propeller原始数据Propeller1.MRD为例,文件头前128个字节数据见图1。
图1 MRD文件的文件头数据从该MRD文件的文件头信息可知:前4个字节00001000H表示采样点数为256,紧跟的后4个字节00000040H表示64,地址9C-9F处为0000000CH表示12。
即:每条空间带有64*256个采样点,共有12条k-空间带(旋转角度为180°/12=15°)。
在文件头和文本描述的512个字节后,就是采集的数据,数据量为:12*64*256个复数(包含实部和虚部,均为32位的浮点数),读取MRD的最终目的是得到这些数据,我们将原始数据保存到strip_data.mat方便后续重建过程调用。
2.2 显示-空间轨迹由于Propeller采样轨迹在-空间不是等间隔均匀采集,必须获知每个采样点对应的k-空间坐标,才能对原始数据重新进行网格化处理,以便采用FFT进行图象重建。
对于Propeller不同的-空间带的采样轨迹,是围绕角度为0°的第一个k-空间带的坐标做不同角度的旋转变换,变换公式为:---(6)Propeller的每条-空间带运动轨迹都可以看作是上一条k-空间带旋转角度θ,整个k-空间覆盖范围为一圆形区域,成像FOV为220mm。
本数据共有12条-空间带,旋转角为15°。
根据式(1)求得每个k-空间带的坐标,显示其采样轨迹见图2,其中,坐标单位均为1/m。
图2 12条-空间采样条将12条-空间带组合,得到k-空间采样的所有位置信息,如图3所示。
可见,在k-空间中心,采样数据很多,属于过采样;而在k-空间边缘,为欠采样。
整个采样轨迹属于非均匀采样,我们将k-空间的坐标值保存在 strip_k_coordinate.mat中。
图3 整个k-空间采样轨迹2.3 图像重建的实现在对Propeller采样数据进行实际处理时,网格化重采样可简单表示为在窗宽W范围内的加权和:\-\{cws\}(mΔk\-x,nΔk\-y)=∑Wj=1S(k\-\{xij\},k\-\{yj\C(mΔk\-x-k\-\{xj\})C(nΔk\-y-k\-\{yj\})Δk\+s\-j(7)其中,为Propeller原始数据,为窗宽,为密度补偿函数。
根据文件参数,为220mm,取,参数。
在二维-空间,密度补偿可看作k-空间采样点位置的函数,用于补偿不均匀的采样密度,防止卷积带来的采样密度大的区域值大,而采样密度稀疏的区域值小的缺陷。
一般取--,与螺旋MRI 不同的是,Propeller采样轨迹很难用解析形式来表达。
由于变化缓慢,Propeller非笛卡尔-空间密度补偿可简化为:--(8)最终网格化算法的实现也可近似采用:\-\{cws\}=(mΔk\-x,nΔk\-∑Wj=1S(k\-\{xj\},k\-\{yj\})C(mΔk\-x-k\-\{xj\}C(nΔk\-y-k\-\{yj\})∑Wj=1C(mΔk\-x-k\-\{xj\}C(nΔk\-y-k\-\{yj\为了快速计算式(7)和(9),一般先把每个点的贡献值、卷积函数、密度补偿函数的值存起来。
可事先将相同-空间轨迹的窗函数离散化值计算好作为表格存入矩阵,以方便调用,避免每次都要计算。
而且,该窗函数具有对称性,只需要存储一半数据,这样可以节省运算时间和内存。
完成网格化后的值保存在GRID1.mat中。
3 结果与讨论对网格化后的数据进行二维FFT后,图像的强度还不均匀,从中心到边缘强度由强渐弱,要对图像进行幅值校正,校正后取中心256*256子图像得到重建结果。
网格化后的k-空间数据,校正函数以及重建图像结果分别见图4。
图4 重建结果在Propeller图像重建过程中,对-空间数据进行网格化花费的时间最长,直接影响成像的速度。
卷积采用的窗函数的宽度对图像质量有很大影响,如何取舍窗宽成为一个难点。
窗宽对重建结果的精度和时间的影响是相反的,因此要对窗宽W折中选取。
4 结束语Propeller技术虽然比常见的MR成像方式数据采集时间稍长,但特别适合用于幼儿和不合作的病人,是一种可以自动减少运动伪影的MRI成像方式,也是我国开发磁共振扫描仪力求具备的一项关键技术。
图像重建方法的选取可以采用网格化的重建方法,但在有噪声的情况下,图像的信噪比较差,可以考虑采用迭代重建的方法消除统计误差。
本文对非均匀间隔采集的图像重建方法进行了研究,对Propeller采集的MRD数据文件的读取、-空间原始数据及轨迹的显示,以及Propeller图像重建过程进行了分析,为Propeller图像重建算法的工程实现提供了参考。
参考文献:\[1\] 俎栋林.核磁共振成像学[M].北京:高等教育出社,[2]冯衍秋.基于PROPELLER采样的磁共振成像运动伪影消除方法研究[D].广州:第一军医大学[3] PIPE JG. Motion correction with propeller MRI: application to head motion and free-breathing cardiac imaging[J]. Magn Reson Med,[4] PIPE J G, FARTHING V G, FORBES K P. Multishot diffusion-weighted FSE using Propeller MRI[J][5] JACKSON JI, MEYER CH, NISHIMURA DG, et al.Selection of a convolution function for Fourier inversion using gridding[J]. IEEE Trans Med Imaging 1991([6] MATT A. BERNSTEIN, KEVIN F.KING, XIAOHONG JOE ZHOU. Handbook of MRI pulse sequences[M]. U.S.: Elsevier academic press, 2004.(责任编辑:余晓)Research on Image Reconstruction Algorithm for Propeller MRIAbstract:Propeller technique is a new method of data collection for reducing motion artifact. It is an important imaging style to be developed in the MR scanner in our country. The image reconstruction methods are studied for Non-uniform acquisition MRI. Reading MRD file, showingraw data and propeller trajectories and gridding reconstruction process are analyzed in the paper,Key Words: Magnetic Resonance Imaging; Propeller; Image Reconstruction。