專利名稱：一種磁共振多通道圖像的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁共振多通道圖像的合成方法，用于獲取最優(yōu)的信噪比圖像。
背景技術(shù)：
由于磁共振具有高分辨、無放射性傷害等優(yōu)點(diǎn)，在臨床和工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，隨著相位陣列技術(shù)應(yīng)用到磁共振成像中，成像時(shí)間和圖像信噪比都得到了優(yōu)化。多通道圖像合成方法的好壞直接關(guān)系到最終合成圖像的質(zhì)量。相控陣列表面線圈的敏感性都具有局部性，只有靠近線圈的組織才具有高的信噪t匕，遠(yuǎn)離線圈區(qū)域信噪比急劇下降，通過合成多個(gè)不同位置的表面線圈獲得強(qiáng)度均勻的圖像。最優(yōu)的合成方法是獲得各個(gè)表面線圈的敏感度分布圖，通過其加權(quán)各個(gè)通道的圖像求 和來獲得信噪比最優(yōu)的圖像。線圈的敏感度分布的求法有很多種，比如根據(jù)線圈大小位置信息，利用比奧薩法爾定律直接求出；還有用磁共振預(yù)掃描的方法先采集一組低分辨率的全FOV圖像，將每個(gè)通道的圖像除以一個(gè)基準(zhǔn)圖像獲取相應(yīng)線圈的敏感度分布。但是在實(shí)際情況下，很難準(zhǔn)確獲取線圈相對于被試的準(zhǔn)確位置信息，而且由于被試在掃描過程中的運(yùn)動導(dǎo)致求得的敏感度分布圖與圖像不匹配等。由于線圈敏感度分布圖不易獲取，取而代之的一種常用方法是平方和(SOS)方法，它將每個(gè)通道的圖像平方再求和，最后開平方，獲得一個(gè)信噪比次優(yōu)的圖像。盡管它具有簡單易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在一些問題，如信號強(qiáng)度的普遍有偏性，無信號部分的噪聲顯著增強(qiáng)
坐寸o大衛(wèi)(David)等人在2000年醫(yī)學(xué)中的磁共振雜志的第43卷682-690頁上發(fā)表了一種自適應(yīng)匹配濾波器的合成方法，得到了信噪比接近最優(yōu)的合成圖像，而且能夠通過參數(shù)調(diào)節(jié)改變成像時(shí)間和局域圖像質(zhì)量，但是他們這種方法對于一些特殊情況，如某個(gè)通道的噪聲很低，或者各個(gè)通道的噪聲都處于不同水平，噪聲的抑制效果將會明顯降低。在2002年拜德等人在醫(yī)學(xué)中的磁共振雜志的第47卷539-548頁發(fā)表了一種基于圖像域的線圈敏感度估計(jì)的多通道合成方法，通過對每個(gè)通道圖像進(jìn)行低通濾波獲取幾乎不含噪聲的敏感度分布圖像，然后進(jìn)行類似平方求和的方法進(jìn)行合成，他們能獲取信噪比接近最優(yōu)的合成圖像，而且具有信號強(qiáng)度的無偏性，但是當(dāng)被試組織某些區(qū)域的磁化率變化劇烈導(dǎo)致圖像相位振蕩，低通濾波器會濾掉部分有用信號，最終合成圖像的相應(yīng)區(qū)域的信號強(qiáng)度會降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種磁共振多通道圖像的合成方法，這種合成方法具有更為良好的魯棒性，可以得到接近最優(yōu)信噪比的圖像，同時(shí)具有信號強(qiáng)度無偏性，對于某些具有特異噪聲的通道具有同樣的抑制效果，能夠很好的消除由于相位振蕩帶來的信號損失。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種磁共振多通道圖像的合成方法，其特征在于包括以下步驟I)獲取磁共振各個(gè)通道的原始頻域矢量矩陣數(shù)據(jù)，即K空間數(shù)據(jù)；2)比較各個(gè)通道K空間數(shù)據(jù)的模的最大值，得到最小的最大值所在的通道數(shù)CHmin ；3)對各個(gè)通道的圖像分別做逆傅里葉變換，得到原始圖像矩陣；4)每個(gè)通道的原始圖像矩陣都除以第CHmin通道圖像的指數(shù)相位分布圖，得到相位部分只包含線圈靈敏度信息的圖像矩陣；5)對這組圖像矩陣進(jìn)行低通濾波處理，得到平滑去噪后的圖像矩陣組；
6)對平滑去噪后的圖像矩陣組進(jìn)行主成分分析，得到進(jìn)行多通道圖像合成的最優(yōu)匹配濾波器向量；7)各通道原始圖像數(shù)據(jù)利用相應(yīng)的匹配濾波器值進(jìn)行加權(quán)求和，一組濾波器可以應(yīng)用于一個(gè)點(diǎn)的合成，也可以用于一個(gè)小區(qū)域的合成，從而得到最終的合成圖像。本發(fā)明的主要技術(shù)方案中所述的低通濾波處理的具體步驟如下I)將圖像域數(shù)據(jù)經(jīng)過離散傅里葉變換到K空間域；2)比較各通道K空間的最大值，得到最大的最大值所在通道CHmax的坐標(biāo)位置
(X，y)；3)對所有的通道的K空間數(shù)據(jù)都以(x，y)坐標(biāo)為中心，截掉固定方形區(qū)域之外的數(shù)據(jù),保留K空間中心數(shù)據(jù)；4)對上述步驟3)中截?cái)嗪蟮玫降腒空間中心數(shù)據(jù)進(jìn)行Kaiser窗平滑，以去除截?cái)鄠斡?吉布斯振鈴);5)對平滑后的截?cái)郖空間中心數(shù)據(jù)進(jìn)行填零，擴(kuò)充到原來大小，并保證K空間中心數(shù)據(jù)最大值與未截?cái)嗲暗淖鴺?biāo)位置一致；6)對上述步驟5)中填零擴(kuò)充后得到的K空間中心數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉逆變換，得到平滑的圖像域數(shù)據(jù)。本發(fā)明的主要技術(shù)方案中所述的主成分分析的具體步驟如下I)首先得到相位陣列圖像域數(shù)據(jù)，對各個(gè)通道圖像上對應(yīng)的每個(gè)像素點(diǎn)求相關(guān)矩陣，并求出以這個(gè)像素點(diǎn)為中心固定大小的區(qū)域所有像素點(diǎn)的相關(guān)矩陣，然后對此區(qū)域內(nèi)所有的相關(guān)矩陣求期望；2)依次對所有的相關(guān)矩陣求特征值和特征向量，得到最大特征值對應(yīng)的特征向量，此特征向量便是相關(guān)矩陣的主成分向量，也叫做相應(yīng)中心像素點(diǎn)的濾波系數(shù)，也即加權(quán)系數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明通過結(jié)合圖像矩陣獲取敏感度信息和匹配濾波器的方法，提供了一種十分穩(wěn)定的可以得到接近最優(yōu)信噪比的合成圖像，同時(shí)具有信號強(qiáng)度無偏性，對于某些具有特異噪聲的通道具有同樣的抑制效果，消除了由于相位振蕩帶來的信號損失；而且本發(fā)明能夠根據(jù)具體的情況需要調(diào)節(jié)參數(shù)以控制合成算法時(shí)間和應(yīng)用的效果增強(qiáng)區(qū)域，具有靈活多變且良好魯棒性的特點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖I是本發(fā)明一種磁共振多通道圖像的合成方法算法簡要流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例結(jié)合圖I所示，本發(fā)明提供的一種磁共振多通道圖像的合成方法，其主要的技術(shù)步驟可以簡要?dú)w納為1)獲取多通道的K空間數(shù)據(jù)；2)比較各個(gè)通道K空間數(shù)據(jù)的模的最大值，得到最小的最大值所在的通道數(shù)CHmin ；3)對每個(gè)通道的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行逆傅里葉變換得到該通道的原始圖像；4)每個(gè)通道的圖像都除以第CHmin通道圖像的指數(shù)相位，獲得相位部分只包含線圈靈敏度信息的圖像；5)對所有圖像進(jìn)行低通濾波處理；6)對平滑后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到最優(yōu)匹配濾波器向量；7)各通道原始圖像數(shù)據(jù)利用匹配濾波器加權(quán)求和，得到最終的合成圖像。當(dāng)然，本實(shí)施以核磁共振四通道圖像的合成為例，詳述其合成方法，下面是具體實(shí)施方案的步驟I.首先獲得磁共振各個(gè)通道的原始頻域矢量矩陣數(shù)據(jù)，即K空間數(shù)據(jù)矩陣，每個(gè)通道的K空間數(shù)據(jù)，分辨率為256*256，每個(gè)通道的圖像信噪比都比較低，這樣便于進(jìn)行比較。2.比較各個(gè)通道K空間數(shù)據(jù)的模的最大值，得到最小的最大值所在的通道數(shù)CHmin;3.對各個(gè)通道的圖像分別做逆傅里葉變換，得到原始圖像矩陣；4.每個(gè)通道的原始圖像矩陣都除以第CHmin通道圖像的指數(shù)相位分布圖，得到相位部分只包含線圈靈敏度信息的圖像矩陣C = C((二腿?、峭蓉?i 二 1,...,4Ci表示第i個(gè)通道的圖像數(shù)據(jù)，CCHmin表示第CHmin個(gè)通道的圖像數(shù)據(jù)，I I表示數(shù)據(jù)的幅度部分。5.將步驟4得到的圖像域數(shù)據(jù)Cfffmn經(jīng)過離散傅里葉變換到K空間域，比較各通道K空間數(shù)據(jù)的最大值，得到最大的最大值所在通道CHmax的坐標(biāo)位置(x，y);所有的通道的K空間數(shù)據(jù)都以(x，y)坐標(biāo)為中心，截掉固定長方形區(qū)域之外的數(shù)據(jù)，保留K空間中心數(shù)據(jù)，并對截?cái)嗪蟮腒空間數(shù)據(jù)進(jìn)行Kaiser窗平滑，參數(shù)取4，以去除截?cái)鄠斡?吉布斯振鈴)；對平滑后的截?cái)郖空間數(shù)據(jù)進(jìn)行填零，擴(kuò)充到原來大小，并保證k空間最大值與未截
斷前的坐標(biāo)位置一致。最后進(jìn)行傅里葉逆變換，得到平滑的圖像域數(shù)〈>表示
對數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波；6.對平滑去噪后的圖像矩陣進(jìn)行主成分分析對各個(gè)通道圖像上對應(yīng)的每個(gè)像素點(diǎn)求相關(guān)矩陣，并求出以這個(gè)像素點(diǎn)為中心固定大小的區(qū)域所有像素點(diǎn)的相關(guān)矩陣，然后求其均值，表達(dá)如下<_ >=Cx，y、Xj = 1,...,4, k = u.A<R(j，k)>相關(guān)矩陣的<R>的第j行、第k列元素。E表示對數(shù)據(jù)求期望，(x，y)表示圖像每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)值，*表示求數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)共軛，SROI表示一個(gè)固定大小的感興趣、區(qū)域。然后對相關(guān)矩陣<R>求特征值和特征向量，得到最大特征值對應(yīng)的特征向量W= (wI w2 w3 w4)T，T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。此特征向量W便是相關(guān)矩陣的主成分向量，也叫做相應(yīng)中心像素點(diǎn)的濾波系數(shù)，也即加權(quán)系數(shù)；7.各通道原始圖像數(shù)據(jù)利用相應(yīng)的匹配濾波器值進(jìn)行加權(quán)求和，一組濾波器可以應(yīng)用于一個(gè)點(diǎn)的合成，也可以用于一個(gè)小區(qū)域的合成，從而得到最終的合成圖像，表達(dá)如下I(x, y)=ff(x, y)H<CCHmin(x, y) >I (x, y)表示合成圖像在位置(X，y)處的圖像像素值，H表示對數(shù)據(jù)進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置操作。
以上實(shí)施例僅為本發(fā)明其中的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種磁共振多通道圖像的合成方法，其特征在于包括以下步驟 1)獲取磁共振各個(gè)通道的原始頻域矢量矩陣數(shù)據(jù)，即K空間數(shù)據(jù)； 2)比較各個(gè)通道K空間數(shù)據(jù)的模的最大值，得到最小的最大值所在的通道數(shù)CHmin; 3)對各個(gè)通道的圖像分別做逆傅里葉變換，得到原始圖像矩陣； 4)每個(gè)通道的原始圖像矩陣都除以第CHmin通道圖像的指數(shù)相位分布圖，得到相位部分只包含線圈靈敏度信息的圖像矩陣； 5)對這組圖像矩陣進(jìn)行低通濾波處理，得到平滑去噪后的圖像矩陣組； 6)對平滑去噪后的圖像矩陣組進(jìn)行主成分分析，得到進(jìn)行多通道圖像合成的最優(yōu)匹配濾波器向量； 7)各通道原始圖像數(shù)據(jù)利用相應(yīng)的匹配濾波器值進(jìn)行加權(quán)求和，一組濾波器可以應(yīng)用于一個(gè)點(diǎn)的合成，也可以用于一個(gè)小區(qū)域的合成，從而得到最終的合成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種磁共振多通道圖像的合成方法，其特征在于所述的低通濾波處理的具體步驟如下 1)將圖像域數(shù)據(jù)經(jīng)過離散傅里葉變換到K空間域； 2)比較各通道K空間的最大值，得到最大的最大值所在通道CHmax的坐標(biāo)位置(x，y)； 3)對所有的通道的K空間數(shù)據(jù)都以(x，y)坐標(biāo)為中心，截掉固定方形區(qū)域之外的數(shù)據(jù)，保留K空間中心數(shù)據(jù)； 4)對上述步驟3)中截?cái)嗪蟮玫降腒空間中心數(shù)據(jù)進(jìn)行Kaiser窗平滑，以去除截?cái)鄠斡? 5)對平滑后的截?cái)郖空間中心數(shù)據(jù)進(jìn)行填零，擴(kuò)充到原來大小，并保證K空間中心數(shù)據(jù)最大值與未截?cái)嗲暗淖鴺?biāo)位置一致； 6)對上述步驟5)中填零擴(kuò)充后得到的K空間中心數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉逆變換，得到平滑的圖像域數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種磁共振多通道圖像的合成方法，其特征在于所述的主成分分析的具體步驟如下 、I)首先得到相位陣列圖像域數(shù)據(jù)，對各個(gè)通道圖像上對應(yīng)的每個(gè)像素點(diǎn)求相關(guān)矩陣，并求出以這個(gè)像素點(diǎn)為中心固定大小的區(qū)域所有像素點(diǎn)的相關(guān)矩陣，然后對此區(qū)域內(nèi)所有的相關(guān)矩陣求期望； 、 2 )依次對所有的相關(guān)矩陣求特征值和特征向量，得到最大特征值對應(yīng)的特征向量，此特征向量便是相關(guān)矩陣的主成分向量，也叫做相應(yīng)中心像素點(diǎn)的濾波系數(shù)，也即加權(quán)系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁共振多通道圖像的合成方法，包括下述步驟1)獲取多通道的K空間數(shù)據(jù)；2)比較各個(gè)通道K空間數(shù)據(jù)的模的最大值，得到最小的最大值所在的通道數(shù)CHmin；3)對每個(gè)通道的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行逆傅里葉變換得到該通道的原始圖像；4)每個(gè)通道的圖像都除以第CHmin通道圖像的指數(shù)相位,獲得相位部分只包含線圈靈敏度信息的圖像；5)對所有圖像進(jìn)行低通濾波處理；6)對平滑后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到最優(yōu)匹配濾波器向量；7)各通道原始圖像數(shù)據(jù)利用匹配濾波器加權(quán)求和，得到最終的合成圖像。本發(fā)明可確保合成圖像接近最優(yōu)信噪比，使得圖像的信號強(qiáng)度具有無偏性，并且能夠很好的消除由于相位振蕩帶來的信號損失。
文檔編號G01R33/56GK102749600SQ201210173379
公開日2012年10月24日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者唐昕, 姜忠德, 李鵬宇, 陳銘明 申請人:蘇州安科醫(yī)療系統(tǒng)有限公司