空间编码可控的快速MRI高分辨率图像稀疏重建

Achieving high-resolution and fast magnetic resonance imaging is very important for the clinical diagnosis and scientific research. In this project, a randomly spatial encoding scheme and the adaptive sparsity-based joint image reconstruction method are proposed to reconstruct magnetic resonance images from limited data. This project aims at greatly improving the limited resolution in fast imaging. Research work in the project will be conducted as follows: a) analyze the ill-conditioning of the conventional single scan spatially encoding and regularize the reconstruction with sparsity-based constraints; b) design fast randomly spatial encoding pulse sequences to explore the redundancy of spatial information; c) jointly reconstruct a high-resolution image with adaptive sparse representation from multiple imaging data of the high-resolution information. This project can improve the fast magnetic resonance imaging theory and sparsity-based image reconstruction methods, which can greatly benefit for the application of magnetic resonance imaging in clinical diagnosis and scientific research.

快速高分辨率的磁共振成像对于临床医学和科学研究有着重要作用。本项目拟从空间编码的可控性和抵抗磁场不均匀性出发，提出快速的随机空间编码序列和自适应联合稀疏重建模型，尽可能缩短成像时间的前提下提高分辨率，降低磁场不均匀对成像的影响。研究内容包括：1) 通过稀疏重建解决典型超快速空间编码的病态问题，提高图像的分辨率并降低重建噪声；2) 利用质子密度的空间冗余性，设计快速随机空间编码序列降低采样数据量，提高成像速度；3)充分利用同一高分辨率信号源的多个随机采样样本，建立自适应稀疏重建模型，获得高分辨率的重建图像。本项目的实施可以促进快速磁共振成像理论的发展，增强磁共振成像在临床医学和科学研究中的应用。

快速高分辨率的磁共振成像(MRI)对于临床医学和科学研究有着重要作用。在本项目的支持下，我们进行了如下五方面的工作：1) 从空间编码的可控性出发实现了Chirp脉冲对K空间的能量调制，提出可控扩频压缩感知磁共振成像的序列和图像重建方法，通过降低编码矩阵与稀疏变换矩阵的相干性，达到降低图像重建误差的目的；2) 提出一系列利用磁共振图像的几何方向、自相似性、graph图像结构、分类快速字典训练和多对比度MRI互相似性等自适应稀疏MRI表示和图像重建方法，明显降低了图像重建误差；3) 提出紧标架下MRI的平衡性模型，并推导了一种快速稳定参数少的映射迭代阈值重建算法；4) 提出磁共振波谱是时域信号的Hankel矩阵非均匀采样重建模型和交替迭代算法，应用于蛋白质磁共振波谱分析中；5) 将2)-4)中的MRI图像稀疏表示和重建算法推广到光学图像脉冲噪声抑制、图像融合和高光谱图像压缩采样中。本项目的研究结果对快速MRI理论、模型、算法和应用以及其它稀疏图像处理问题具有一定的借鉴作用。研究成果上，一共发表16篇SCI期刊论文（单篇最高影响因子11，影响因子超过2.0的论文9篇）、2篇EI会议论文，申请7项发明专利(已授权2项)等。