شماره ركورد
33903
پديد آورنده
سارا سادات موسويان
عنوان
بازسازي تصاوير تشديد مغناطيسي ديناميك مبتني بر مدل رتبه پايين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي - بيوالكتريك
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/06/16
استاد راهنما
دكتر ابوذر غفاري
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
تصويربرداري تشديد مغناطيسي ديناميك نقشي حياتي در تشخيص و مطالعه فرآيندهاي فيزيولوژيكي بدن انسان دارد، اما چالشهاي ذاتي در اكتساب دادههاي با كيفيت بالا در زمان كوتاه، نياز به روشهاي پيشرفته بازسازي تصوير را برجسته ميسازد. اين روش تصويربرداري با مشكلاتي مانند نويز، آرتيفكتهاي حركتي و زمان طولاني اسكن مواجه است و همچنين هزينه بالا و عدم راحتي بيمار سبب شده است كه در سالهاي اخير روشهاي بازسازي سريع و مبتني بر نمونهبرداري كم مورد توجه قرار گيرند.
در اين پژوهش ابتدا مفاهيم پايه تصويربرداري تشديد مغناطيسي ديناميك، چالشهاي اصلي و روشهاي متداول بازسازي مرور شده است. سپس روشي نوين مبتني بر مدل رتبه پايين ارائه گرديده كه با تركيب ويژگيهاي ساختاري دادهها و استفاده از اصول كاهش رتبه و تنكسازي، قادر است تصاوير با كيفيت بالا را از دادههاي كمنمونه بازسازي كند. براي افزايش پايداري و كاهش اثر نويز، در الگوريتم پيشنهادي از سازوكارهاي تنظيم تطبيقي و روشهاي حذف نويز استفاده شده است. در اين الگوريتم، مسئله بازسازي بهصورت يك تابع هزينه شامل دو جمله اصلي ــ كاهش رتبه براي مدلسازي اطلاعات زماني و تنكسازي براي استخراج اطلاعات مكاني ــ فرمولبندي ميشود. حل اين تابع با روش تقسيم نيمهدرجه دوم صورت گرفته و براي ارتقاي كارايي، از شتابدهنده نستروف بهره گرفته شده است. افزون بر اين، همگرايي الگوريتم و مقاومت آن در برابر نويز بهصورت تحليلي بررسي شده است.
نتايج آزمايشهاي انجامشده بر روي دادههاي واقعي و شبيهسازيشده نشان ميدهد كه روش پيشنهادي ضمن افزايش وضوح مكاني و زماني تصاوير، مقاومت مناسبي در برابر نويز و تغييرات حركتي داشته و عملكردي رقابتي در مقايسه با روشهاي مرجع دارد. در مجموعه داده پرفيوژن ميوكارد، روش پيشنهادي بهبود 2.11 دسيبلي در معيار نسبت سيگنال به نويز پيك نسبت به بهترين روش مرجع كلاسيك ارائه داد. در مجموعه داده قلبي، اين بهبود 4.19 دسيبل بود. همچنين در مقايسه با روشهاي يادگيري عميق، بهبود تا 6.3 دسيبلي حاصل شد. از نظر سرعت محاسباتي، نسخه موجك تركيبي روش پيشنهادي با زمان اجراي 1051 ثانيه، عملكرد مشابه سريعترين روش مرجع داشت.
يافتههاي اين تحقيق نشان ميدهد كه بهرهگيري از رويكرد مبتني بر مدل رتبه پايين ميتواند گامي مؤثر در ارتقاي كيفيت تصويربرداري پزشكي، افزايش سرعت بازسازي، كاهش هزينهها و بهبود فرآيندهاي تشخيصي در مهندسي پزشكي باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/06
عنوان به انگليسي
dynamic magnetic resonance images reconstruction based on low-rank model
تاريخ بهره برداري
10/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ساراسادات موسويان
چكيده به لاتين
Dynamic magnetic resonance imaging (MRI) plays a vital role in the diagnosis and study of physiological processes in the human body. However, the inherent challenges in acquiring high-quality data within a short time highlight the need for advanced image reconstruction techniques. This imaging modality often encounters difficulties such as noise, motion artifacts, and long scan times, which make high-quality reconstruction challenging. Furthermore, the high cost of imaging and patient discomfort have led to an increasing interest in recent years in fast and undersampled reconstruction methods.
In this study, the fundamental concepts of dynamic MRI, its major challenges, and conventional reconstruction approaches are first reviewed. A novel low-rank based method is then proposed, which combines the structural properties of the data with rank reduction and sparsity principles to reconstruct high-quality images from undersampled data. To enhance stability and suppress noise, the proposed algorithm employs adaptive regularization strategies along with complementary denoising techniques. In this framework, the reconstruction problem is formulated as a cost function with two main terms: a low-rank component for modeling temporal correlations and a sparsity component for capturing spatial features. The optimization is solved using half-quadratic splitting combined with adaptive thresholding, while Nesterov acceleration and multi-stage denoising are incorporated to further improve efficiency. Moreover, the convergence of the algorithm and its robustness to noise are analytically investigated and validated.
Experimental results on both real and simulated datasets demonstrate that the proposed method improves spatial and temporal resolution, exhibits robustness against noise and motion variations, and achieves competitive performance compared to reference approaches. In addition to image quality enhancement, reduced reconstruction time and the potential for clinical applicability are key outcomes of this work.
Overall, the findings indicate that employing a low-rank model-based approach can serve as an effective step toward improving the quality of medical imaging, accelerating reconstruction, lowering costs, and enhancing diagnostic processes in biomedical engineering.
كليدواژه هاي فارسي
تصويربرداري تشديد مغناطيسي , بازسازي تصوير , يادگيري عميق , حسگري فشرده , مدلهاي رتبه پايين
كليدواژه هاي لاتين
Magnetic Resonance Imaging , Image Reconstruction , Deep Learning , Compressed Sensing , Low-Rank Models
Author
Sara Sadat Mousavian
SuperVisor
Aboozar Ghaffari