一種基于正則化的mri圖像非均勻性校正方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于正則化的MRI圖像非均勻性校正方法，通過對低通濾波方法進(jìn)行改進(jìn)，選取灰度值相差不大的一部分區(qū)域進(jìn)行低通濾波、以獲得非均勻場的初始估計，然后通過一種正則化的多項式擬合方法進(jìn)行外推，獲得全圖像的非均勻場估計。本發(fā)明確定感興趣區(qū)域進(jìn)行濾波，以避免全局圖像濾波方法中的邊界效應(yīng)；正則化方法擬合，能夠保證在提高擬合階次的情況下不會過擬合。
【專利說明】一種基于正則化的MRI圖像非均勻性校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核磁共振、圖像處理的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于正則化的MRI圖像非均勻性校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近十幾年來核磁共振成像由于其高分辨率、無電離輻射損傷以及任意角度成像的優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療診斷。隨著對更高分辨率掃描圖像的需求，掃描儀的磁場強(qiáng)度越來越高、磁場梯度也越來越精細(xì)。但隨之而來的問題是核磁共振圖像所遭受的非均勻場的干擾也越來越嚴(yán)重。非均勻場是由發(fā)射的空間磁場不均勻或接收線圈的不均勻靈敏度所引起的偏差場，這種偏差場一般被假設(shè)為一種平滑的、緩慢變化的乘性偏差場，會導(dǎo)致圖像的灰度值與真實(shí)值之間存在一定的偏差。非均勻場會對臨床的定性診斷造成一定的影響，并且對圖像配準(zhǔn)、圖像分割等定量的計算機(jī)輔助診斷帶來很大的干擾。圖像配準(zhǔn)與圖像分割等技術(shù)假設(shè)同一人體組織內(nèi)所有體素的灰度值應(yīng)該是相同的，而非均勻場的存在破壞了這一假設(shè)。因此，非均勻場的校正對每一幅核磁共振圖像都是必不可少的(參見文獻(xiàn)UrosVovkj Franjo Pernusj and Bostjan Likar.A Review of Methods for Correction ofIntensity Inhomogeneity in MRI，IEEE Trans, on Medical imaging, Vol.26, N0.3, 405-420，2007)。
[0003]相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)如下:
[0004]方案一
[0005]方案名稱:基于特殊非均勻場采集裝置的非均勻性估計(參見文獻(xiàn)RoemerPB，Edelstein WAj Hayes CE, Souza SPj Mueller 0M.The NMR phased array.Magn ResonMed 1990;16:1992-225.)
[0006]算法思想:先進(jìn)行一次預(yù)掃描，利用體線圈獲得一幅較低分辨率均勻的參考圖像。然后用正式掃描圖像與參考圖像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，再用配準(zhǔn)后的圖像除以參考圖像，得到非均勻性信息，最后進(jìn)行平滑處理。
[0007]算法缺點(diǎn):二次掃描需要額外的硬件設(shè)備，增加了掃描時間；并且兩次掃描時病人的位移等造成圖像不匹配，需要圖像配準(zhǔn)，使得估計非均勻場的存在誤差，造成偽影。并且，低信噪比區(qū)域的估計值不可靠，需要外推。
[0008]方案二
[0009]方案名稱:基于低通濾波的線圈靈敏度估計(參見文獻(xiàn)Brinkmann BH, ManducaA, Robb RA.0ptimized homomorphic unsharp masking for MR grayscale inhomogeneitycorrection.1EEE Trans Med Imaging 1998;17:161-171.)
[0010]算法思想:將非均勻場看作是一個低頻的、緩慢變化的偏差場，對非均勻圖像進(jìn)行低通濾波，提取出圖像的低頻信息，然后通過樣條插值或多項式擬合等做平滑處理。
[0011]算法缺點(diǎn):非均勻場與圖像的低頻信息存在混疊，低通濾波的頻率閾值難以確定。在圖像的高對比度區(qū)域存在邊界效應(yīng)，邊界處灰度值變化被過度抬高，造成圖像信息丟失。[0012]方案三
[0013]方案名稱:基于圖像分類的非均勻場校正(R.Guillemaud andM.Brady, “Estimating the bias field ofMRimages,，，IEEE Trans.MedImag., vol.16, n0.3, pp.238 - 251, Jun.1997.)
[0014]算法思想:利用圖像的灰度變化的統(tǒng)計特性對圖像進(jìn)行分類，在分類的同時獲取像素點(diǎn)的非均勻性信息。
[0015]算法缺點(diǎn):普適性較差，只適用于特殊部位的圖像。分類時需要事先指定多項參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明目的為:1)能夠較為精確地估計出非均勻場；2)估計方法不依賴于其他設(shè)備和先驗知識；3)估計方法運(yùn)算速度滿足實(shí)時要求。
[0017]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于正則化的MRI圖像非均勻性校正方法，利用一種正則化的擬合方法獲取平滑的非均勻場估計，具體流程如下:
[0018]步驟一、感興趣區(qū)域的確定:
[0019]首先獲得去掉背景區(qū)域的圖像直方圖，找到峰值P，然后計算出圖像噪聲的方差σ 2 ;最后，感興趣區(qū)域Rol，即標(biāo)識感興趣區(qū)域的二維矩陣，每個元素對應(yīng)的坐標(biāo)如果是感興趣區(qū)域，標(biāo)記為1，否則標(biāo)記為0，通過以下公式得到:
【權(quán)利要求】
1.一種基于正則化的MRI圖像非均勻性校正方法，其特征在于利用一種正則化的擬合方法獲取平滑的非均勻場估計，具體流程如下: 步驟一、感興趣區(qū)域的確定: 首先獲得去掉背景區(qū)域的圖像直方圖，找到峰值P，然后計算出圖像噪聲的方差σ 2 ;最后，感興趣區(qū)域Rol，即標(biāo)識感興趣區(qū)域的二維矩陣，每個元素對應(yīng)的坐標(biāo)如果是感興趣區(qū)域，標(biāo)記為1，否則標(biāo)記為0，通過以下公式得到:

2.對Iltjg進(jìn)行低通濾波:
IfiIt = LPF(Ilog) 其中，LPF(.)代表低通濾波器；
3.由于低通濾波在邊緣處包含大量空白區(qū)域，為了防止邊界效應(yīng)，對感興趣區(qū)域的二元掩膜RqI進(jìn)行濾波:
RoIfilt = LPF (RoI)
4.最后通過以下公式得到濾波后的粗略的非均勻度: ui,RoI) - exp [Ifilt / RoIfilt) 其中，即代表粗略估計的非均勻度； 由于濾波校正的缺點(diǎn)，肯定多余地包含了許多圖像低頻信息，并存在邊界效應(yīng)，并且只對感興趣區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)進(jìn)行了校正； 步驟三、正則化多項式擬合: 一旦估計出感興趣區(qū)域內(nèi)的局部非均勻場，全局的非均勻場就能夠通過多項式擬合，為了防止過擬合現(xiàn)象，利用了正則化的擬合方法來達(dá)到較為精確的估計，選擇η階多項式作為擬合曲面，對估計的感興趣區(qū)域內(nèi)的非均勻度進(jìn)行擬合，假設(shè)選擇k階多項式，則包含項?，其中1+m≤k，I≥0，m≥O并且rx與ry分別為圖像像素的水平方向和豎直方向的坐標(biāo)，對于給定的k階多項式，一共有K = (k+1) (k+2) /2個項，設(shè)為Fi (r) (i=l,…，K)，假設(shè)各項系數(shù)為w” i = I,…，K，則多項式擬合通過最小化下列代價函數(shù)來實(shí)現(xiàn):
【文檔編號】G06T5/00GK103632345SQ201310618046
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】凌強(qiáng), 李朝輝, 宋凱凱, 李峰 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)