基于自适应字典学习的磁共振快速成像

【摘要】压缩感知利用磁共振图像在变换域上的稀疏性,可以从高度欠采样的k空间精确地重建出原始信号。而且由压缩感知理论可知,信号越稀疏,重建的效果越好。传统的基于压缩感知的磁共振快速成像技术,所用到的稀疏变换一般为全局固定变换,如小波变换、离散余弦变换、有限差分变换等。近年来,基于块稀疏的字典学习方法逐渐成为了当前稀疏表示领域研究的热点。字典学习是一种自适应的稀疏表示方法,可以根据不同的图像产生合适的稀疏表示结果。把字典学习技术应用到基于压缩感知框架的图像重建中,对比传统的固定稀疏变换,由于其自适应性,对图像产生了更稀疏、更精确的稀疏表示结果,从而获得更好的图像重建结果。本文主要研究自适应字典学习技术在磁共振快速成像上的应用。从待重建图像中提取重叠的图像块来学习和构造字典,再用构造的字典来稀疏表示每一幅图像块,通过交替地更新字典和图像块,产生更精确有效的稀疏表示,从而在降低磁共振采样率、减少扫描时间的同时,也能保证图像重建质量。本文主要研究内容如下：(1)提出了一种基于字典学习和小波子带分解的压缩感知磁共振成像方法。讨论小波域和k空间的对应关系,从欠采样k空间中分离出每一个小波子带对应的局部k空间区域,进而得到小波子带的频域信号,以此信号来重建小波子带。在重建的过程中,利用字典学习技术,在小波子带上做字典学习,产生更稀疏的表示。最后,对重建的小波子带做小波逆变换求出重建图像。实验结果表明,对比基于压缩感知的高频子带重建方法,由于该算法引入了字典学习技术,获得更精确的稀疏表示,从而产生更精确的图像重建结果。(2)提出了一种基于结构稀疏字典的压缩感知磁共振图像序列重建方法。首先从待重建的图像序列中提取图像块进行聚类；然后对每个聚类进行主成分分析(principlecomponentanalysis,PCA),计算出各聚类对应的PCA基；将每个PCA基作为一个子字典,所有的子字典构成一个结构稀疏字典。结构稀疏字典相比于传统的过完备字典,降低了计算复杂度,减少了字典评估的自由度,而且子字典对相应聚类上相似图像块的稀疏表示更具针对性。实验结果表明,相比于当前压缩感知磁共振图像序列重建方法,该算法通过利用结构稀疏字典,获得更精确的稀疏表示,从而产生更精确的图像重建结果。
【作者】王圣如；
【导师】蔡念；
【作者基本信息】广东工业大学，电子与通信工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】磁共振成像；压缩感知；字典学习；结构稀疏表示；小波变换；主成分分析；

【参考文献】
[1]周琳琳.中医药信息学发展现状分析(Ⅱ)[J].中国中医药信息杂志,2002,10:86-88.
[2]连增迪.大型锻件辅助测量与质量控制系统研究[D].华东理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[3]孙柔嘉.财务外包在HT公司的应用模式研究[D].山东大学,会计（专业学位）,2013,硕士.
[4]张晶.近红外光谱分析技术在山楂质量控制的研究[D].山东大学,制药工程（专业学位）,2013,硕士.
[5]张保权.爱丁堡大学文科硕士培养的机制与特点[J].教育探索,2014,09:147-149.
[6]杨秀叶.浅谈大陆电影音乐艺术[D].郑州大学,艺术学,2013,硕士.
[7]王佳,田乃媛,徐安军,张龙强.新一代大型钢厂生产流程的计算机仿真系统[J].冶金自动化,2007,03:31-35.
[8]陈晓华.基于免疫原理的系统级入侵检测方法研究[D].四川大学,2004.
[9]杨超.聚吡咯基导电复合材料的制备及其性能研究[D].兰州大学,2011.
[10]张琛.唐代市场管理研究[D].扬州大学,中国古代史,2012,硕士.
[11]叶玭婧.川金丝猴投食群与野生群秋冬季肠道寄生虫研究[D].中南林业科技大学,动物学,2013,硕士.
[12]武滨.中小学教育信息化建设标准研究[D].华中师范大学,教育技术学,2014,硕士.
[13]钱怡婷.消油剂处理溢油组分变化及对生物积累的影响[D].大连海事大学,环境工程,2013,硕士.
[14]梁永峰.疾病和画家的艺术反规[D].河南大学,美术学,2004,硕士.
[15]孙爽.通化地区青少年业余篮球运动现状与发展对策研究[D].东北师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[16]丁志华.群体性事件中的网络舆论研究[D].郑州大学,新闻学,2013,硕士.
[17]李致.知识库系统中的用户兴趣挖掘与推荐[D].北京交通大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[18]韦一鸣.基于MySQL复制技术的数据库集群研究[D].杭州电子科技大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[19]杨晓斌.骨髓间充质干细胞联合地塞米松对溃疡性结肠炎模型小鼠的治疗作用[D].第二军医大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[20]高青钢.近代内蒙古东三盟藏传佛教研究[D].内蒙古师范大学,中国少数民族史,2013,硕士.
[21]李俊平.积极心理学在高职思政课教学中的应用研究[D].上海大学,思想政治教育,2013,硕士.
[22]胡德凯.临朐县初中物理实验教学现状的调查与研究[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[23]成洪飞.苕溪生《闺秀诗话》研究[D].淮北师范大学,文艺学,2014,硕士.
[24]杨勇.基于高性能计算平台的并行RTI研究与实现[D].国防科学技术大学,计算机科学与技术,2012,硕士.
[25]夏斐.寿命周期成本分析系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[26]刘洋.大鼠骨髓间充质干细胞对心肌细胞电生理特征的影响[D].苏州大学,心血管内科,2013,硕士.
[27]袁光群.同伴互助学习策略在六年级英语阅读教学中运用的实证研究[D].杭州师范大学,学科教学（专业学位）,2011,硕士.
[28]肖昌琴.西地那非及其相关物质分析新方法的建立[D].华中科技大学,中药学,2013,硕士.
[29]刘晓莹.对我国人民陪审员制度的反思与重构[D].中国社会科学院研究生院,司法制度（专业学位）,2014,硕士.
[30]刘丽蓉.史蒂夫·乔布斯的修辞之道[D].福建师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[31]蔡仲华,国建凤.应用时空变KL滤波消除叠后地震记录相干噪声[J].石油地球物理勘探,1999,S1:53-58+149.
[32]王莉娜.绝经后女性盆底功能障碍患者肛提肌中Dystrophin和Desmin表达及意义[D].山西医科大学,妇产科学,2013,硕士.
[33]霍凯,杨江天,刘玉琳.多课程共享实验平台的探索[J].实验技术与管理,2015,03:37-39.
[34]杨传耀.数字图书馆及其分类技术的研究[D].福州大学,2004.
[35]陈相艳.面向产业物流管理的城市交通短时交通量预测[D].广西科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[36]李鹏.养阴安神汤对肾阴虚型绝经前后诸证睡眠障碍患者血清性激素与5-HT影响的临床研究[D].福建中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[37]罗志林.HER2在中国食管胃交界腺癌（Siewert Ⅱ型）中的表达及意义[D].川北医学院,外科学,2014,硕士.
[38]杨威.英语基本层次的动物名称跨范畴现象研究[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[39]柴淼.《祖堂集》动词研究[D].黑龙江大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[40]王亮.基于CWE半解析模型的曲面加工铣削力预报[D].大连理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[41]葛振余.聚氨酯涂层织物撕裂性能的研究[D].东华大学,纺织材料与纺织品设计,2004,硕士.
[42]吴迪,剡剀,王欢,周喻,彭海琳,刘忠范.石墨烯超晶格杂化结构的CVD可控生长[A].中国化学会.中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C].中国化学会:,2012:1.
[43]崔玉姣.MPSK通信信号盲解调技术研究[D].西安电子科技大学,电路与系统,2010,硕士.
[44]陈弢.民主德国与中越朝关系研究（1960-1977）[D].华东师范大学,世界史,2014,博士.
[45]贾利虎,朱永强,孙小燕,王银顺.基于模型电流预测控制的光伏电站低电压穿越控制方法[J].电力系统自动化,2015,07:68-74.
[46]费晓华.马家窑文化与黄河上游农业文明[D].西北民族大学,专门史,2012,硕士.
[47]冯志根.元代士人与文化传承[D].华中师范大学,专门史,2013,硕士.
[48]张倩.《食品安全法》“十倍赔偿”制度研究[D].内蒙古大学,法律,2013,硕士.
[49]刘浩.厌氧氨氧化与全程自养脱氮工艺处理金霉素废水的实验研究[D].北京交通大学,环境科学,2013,硕士.
[50]黄小晶,陈鸿彬.一种适用于有限长度混合相位未知脉冲的最小平方反褶积新方法[J].石油地球物理勘探,1989,05:497-503+618.