基于复卷积双域级联网络的单线圈CS-MRI重建方法

来源 :中南民族大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:idea0315
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)具有对软组织成像分辨率高、无电离辐射、任意方位成像等优点,被广泛应用于临床疾病检查中。但是MRI成像速度慢,限制了其进一步应用。并行、压缩感知MRI成像技术分别通过多线圈采集和压缩感知理论来加速磁共振成像。但这两种技术,由于硬件和自身理论的限制,在高倍因子加速情况下成像质量较差。目前深度学习也开始应用于快速MRI重建中。相比传统重建方法,它能准确学习出由欠采样MRI扫描数据到金标准图像之间的映射关系,快速获得较高质量的重建图像。但深度学习MRI重建方法大多采用实数卷积神经网络,对磁共振复数数据处理不够合理。针对这个问题,我们提出将双域级联网络和复数卷积相结合,设计了一种复卷积双域级联网络,并将其用于单线圈压缩感知MRI重建。主要工作包含:首先,对磁共振的原理和几种传统的成像方法进行了研究。从核磁共振现象、空间编码定位机制、k空间等方面对核磁共振的成像原理进行了剖析。并对全采样序列、并行、压缩感知等MRI成像技术的原理进行了深入研究。接着,对已有的深度学习MRI重建方法进行了研究。对基于图像域、k空间域、双域级联网络的深度学习MRI重建方法进行了分析比较,并探究了数据一致性层、双域级联等网络结构的原理和作用。然后,对双域级联网络和复数卷积的结合进行了研究。对混合双域级联网络HRCNN进行复数卷积改进,搭建了一种复卷积双域级联网络HCCNN,并将其用于单线圈压缩感知MRI重建中。最后,在Anaconda3平台上,采用Python语言进行代码的编写和调试。对Calgary单线圈全采集数据集进行了数据筛选,采用欠采样掩模来模拟数据的加速扫描,得到原始数据集。并按照5:1:1划分为训练集、验证集、测试集。在Py Torch框架下实现了对各种网络模型的搭建,设置网络超参数,优化网络结构,对网络进行了训练和测试,得到了高准确度的网络模型。对各种网络的重建结果进行了对比分析,结果表明:(1)相比HRCNN网络,我们提出的HCCNN网络在参数量减半的情况下,仍能获得更好的重建质量。(2)与其他深度学习MRI重建网络的比较中,HCCNN重建网络也获得最优的重建质量,并且网络参数量最小。(3)HCCNN重建网络还有很高的重建速度,可达到88张/秒。(4)相比均方误差MSE损失函数,采用平均绝对值误差MAE损失函数作为复卷积双域级联网络的损失函数,可以获得更优的重建图像,在大脑细节上恢复更好。我们提出的复卷积双域级联网络HCCNN能有效的提取MRI数据的复数特征,减少模型参数量和提高重建质量。并且重建速度快,能够满足临床对MRI实时成像的要求。该研究工作具有很强的工程借鉴意义,能为深度学习MRI重建方法在MRI扫描仪上的集成提供思路,真正实现“快速扫描”与“快速重建”为一体的MRI成像,拓宽MRI的临床应用范围。
其他文献
如今,在临床实践中经常遇到各种脊柱变异,如移行椎、椎体阻滞等,对人们健康造成了严重的威胁,需要彻底了解这些变异,以免造成错误的脊柱手术,准确计算椎体数量是必要的。随着医学水平的提高和医学影像技术的进步,应把整个脊柱纳入影像学研究中,并对脊柱进行病理的常规临床诊断。医学图像的分割研究在临床医学领域发挥着不可小觑的作用。传统的医学图像分割方法既耗费时间和精力又导致了大量的错误,主要由医生通过现有的经验
近年来,建筑领域碳达峰已受到广泛关注。关于建筑领域碳达峰的研究有很多,但研究不够深入,不同建成年代建筑的存量以及能耗差异、节能改造总体发展路线不清晰。重庆市城镇人口超2000万,城镇居住建筑存量大。研究重庆市城镇居住建筑节能减排路径对实现全国建筑领域2030年碳达峰目标有重要指导意义。本文旨在核算不同建成年代建筑的存量以及能耗现状,研究重庆市城镇居住建筑能源需求以及碳排放达峰情况,分析不同节能目标
阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)是多发在老年人群中的神经退行性疾病,常表现为记忆和认知功能障碍,AD后期会因躯体合并症而危及生命。由于阿尔茨海默症在出现症状前有数年甚至数十年的潜伏期,并且目前还没有治愈该病的药物,因此对AD患者的准确诊断和预测至关重要。深度学习技术已广泛应用于图像处理领域,目前用于研究AD的方法主要有:基于体素的方法、基于感兴趣区域(region of
电弧熔丝增材是一种低成本、高效率的增材制造技术,广泛应用于复杂零部件和大体积金属构件的表层强化。在大体积构件增材时,合理的电弧熔丝增材轨迹可以降低残余应力及变形,改善组织性能,提高增材效率。本文构建了摆动电弧熔丝增材有限元分析模型,开展大量模拟,分析了摆动电弧熔丝增材参数对温度、应力及变形的影响规律,以盘形件为研究对象对比研究了不同增材轨迹、增材顺序、增材方向对各场量的分布及演变的影响规律,并利用
压铸作为制造业的一种常见工艺,在各行各业得到了广泛的应用。然而,压铸也是一种典型的高污染制造工艺,在压铸车间中,仍存在制造环境恶劣、作业工人高职业病风险等问题。科学有效地预测压铸车间环境排放和工人作业最优路径规划对控制车间环境排放、保障劳动力资源意义重大,有利于促进压铸车间的升级转型。本文以压铸车间为研究对象,利用GA-BP神经网络开展压铸岛环境排放预测研究,并基于预测结果对工人作业最小危害路径开
随着工业技术的发展,无损检测技术的发展备受关注.其中X射线检测技术因其适应性广、成本低等特点成为当前无损检测的重要手段之一.然而传统X射线检测图像对比度低、噪声大等问题,使得缺陷检测精度较低.提高X射线图像的对比度和分割效率是当前的研究热点.本文基于数字图像处理技术对X射线图像裂纹缺陷检测进行研究,主要分为焊缝区域提取、焊缝图像增强与裂纹缺陷分割、缺陷分类三个方面:(1)X射线图像由背景区域和焊缝
在临床医学领域,传统的心音听诊是常用的心血管疾病诊断方式,存在着主观判断性。心音信号包含着人体丰富的病理信息。研发一套心音电子采集系统并结合决策树融合算法对其进行分析,可高效率的区分正常心音信号和异常心音信号,这对临床诊断具有重要意义。本课题设计了一套基于WiFi无线技术和LabVIEW可存储实时显示的电子心音采集系统。心音传感器拾音部分(胸件)可用来采集心音信号,并利用内置9767P电容式驻极体
在脑电图(EEG)信号采集过程中,EEG信号极易会受到来自实验设备和参与者自身产生的伪迹(如眼电、肌电、心电)的影响。在许多情况下,这些伪迹信号远比神经生理信号更突出,如果不加以纠正,会严重破坏作为衡量大脑功能指标的EEG信号。其中眼电(EOG)伪迹是由眨眼和眼球移动产生的,相比于其他肌电等伪迹的产生原因,这个眼部动作是不可避免的,眨眼的频率也是特别大的。EOG伪迹很容易混淆EEG信号,它与EEG
当前我国正处于基础建设加速的高峰时期,在不断完善社会各方所需的建筑结构前提下,很多城市都在建设服务于人民的公共场所以迎合人民对便捷舒适生活的追求,但是公共场所作为一个人群密集,且人流量巨大的生活必经场所,公共场所中所发生的各类安全事故也与日俱增。近年来,我国地铁、学校等公共场所发生的暴力踩踏事件和人群恐慌事件不仅造成了社会资源的大量浪费,同时给人民的心身健康带来了巨大威胁。在此背景下,本论文针对公
现代社会正面临着严重的老龄化挑战,我国60岁以上的老年人口数量将在“十四五”期间突破3亿。许多老年人在夏季或冬季更容易受到温度波动变化等极端天气的影响,因为他们往往体质较弱,并伴有各种健康问题,且大多不会积极主动调节室内空调等热环境设备。然而老年人大约90%的时间都呆在室内。但是现有PMV模型作为建筑室内热环境设计标准的热舒适预测模型,未考虑人员的实时热感觉,同时该模型是根据稳态热环境下年轻人的实