基于擴散張量成像的擴散張量估算及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、擴散張量成像是20世紀90年代發(fā)展起來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創(chuàng)檢測活體組織中水分子擴散情況的醫(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、認知等研究都有其獨特的優(yōu)勢。因而在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域中具有非常大的應(yīng)用前景。
　　 本文對擴散張量成像的張量估算及相關(guān)技術(shù)研究主要包括三個方面:擴散張量圖像中的噪聲的特點及其對擴散

2、張量成像的影響研究、擴散張量圖像的張量估算方法的研究、擴散張量圖像的降噪方法的研究。首先根據(jù)核磁共振擴散張量成像的機理，對擴散張量圖像中噪聲的分布特性及其對擴散張量圖像的影響進行了分析。研究中通過對擴散張量圖像中的噪聲來源進行深入分析，并在此基礎(chǔ)上建立了擴散張量圖像的萊斯噪聲模型，同時基于該含噪模型提出了采用矩估計的方法對核磁共振擴散張量圖像的噪聲進行估算，這種方法能夠更加有效地對擴散張量的噪聲進行估計。進一步，我們在該含噪模型的基礎(chǔ)上

3、通過蒙特卡羅仿真實驗深入分析擴散張量圖像及其導(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)了擴散張量特性在不同噪聲下的變化規(guī)律，這些規(guī)律對于圖像的校正、分析及診斷都具有非常重要的意義。其次，在擴散張量的估計方面，我們針對擴散張量圖像的成像原理，建立擴散張量的估算模型。并針對圖像中的異常數(shù)據(jù)的特點及其對張量估算的影響進行分析。同時對張量估算領(lǐng)域中經(jīng)典的最

4、小二乘估計法進行了深入研究，針對最小二乘估計法穩(wěn)健性比較差的特點提出了將M估計、HBP估計及MM估計等穩(wěn)健估計算法應(yīng)用于擴散張量的估算中，并對各估計算法在擴散張量估計中的效果進行分析比較，采用模擬以及真實數(shù)據(jù)進行實驗驗證，通過實驗發(fā)現(xiàn):在擴散張量的估算中，穩(wěn)健估計算法中的MM估計兼具非常好的穩(wěn)健性及估計效率，較其他算法能夠得到更好的張量估計結(jié)果。最后，我們基于擴散張量圖像的特點，對非線性及線性濾波器在擴散張量圖像降噪中的應(yīng)用進行研究。由

5、于擴散張量圖像的噪聲為萊斯噪聲、數(shù)據(jù)量非常大并且對數(shù)據(jù)要求進行實時處理，所以要求用于擴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算簡單。根據(jù)這些特點，我們對維納濾波器在擴散張量圖像降噪中的應(yīng)用進行了深入分析，針對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。并進一步采用鄰域偏移算法及萊斯校正算法對維納濾波器進行修正，從而使其更好地適用于對擴散張量圖像的降噪處理。我們通過模擬數(shù)據(jù)及真