[發明專利]一種彌散張量磁共振圖像張量域非局部均值去噪方法

有效

• 申請號: 201410236031.7
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103985099B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 吳錫;何嘉;周激流
• 申請（專利權）人: 成都信息工程學院
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙)51223
• 代理人: 徐豐

技術領域

一種彌散張量磁共振圖像張量域非局部均值去噪方法，用于彌散張量磁共振圖像的去噪，屬于數字圖像處理和應用數學交叉學科技術領域。

背景技術

彌散磁共振成像是對活體腦部組織的結構和生理機能進行無創研究的成像工具，可用于直接評價活體腦部纖維組織的生理機能，并使用纖維成像技術間接估計和重建腦部神經纖維的三維結構。彌散磁共振成像在中樞神經系統研究中得到深入應用，并可推廣到其他人體纖維狀組織，在心理、認知、臨床醫學等領域均具有巨大潛力。彌散張量磁共振圖像是應用最廣泛的彌散磁共振圖像，其利用腦白質中水分子彌散效應對腦白質三維結構的每一體素使用一個3×3對稱正定矩陣進行三維建模,該矩陣即為體素彌散張量。該張量矩陣通過對每一體素采集六個非共面的擴散敏感梯度磁場方向的回波衰減信號測量值構成的彌散加權圖像和一個不施加擴散敏感梯度磁場的磁共振信號參考測量值解得。在實際掃描過程中，一般采集多于6個的擴散敏感方向信號以及在每個方向上采用更多的編碼幅度，以此來抑制成像噪聲。得到多于6個的擴散編碼方向的測量結果后，可采用最小二乘擬合方法求解彌散矩陣，獲得彌散張量磁共振圖像。

由于彌散磁共振成像采用的快速掃描平面回波序列易受噪聲干擾，彌散張量磁共振圖像應用的首要預處理工作就是去噪。現有彌散磁共振去噪方法一般分為三類：第一類是對直接采集的彌散加權磁共振圖像，使用傳統時域或者頻域手段進行去噪，該方法需要依次對多個不同方向的彌散加權磁共振圖像處理，計算量過大；第二類是在估計彌散張量磁共振圖像的張量矩陣過程中，對該過程進行正則化去噪，由于估計張量矩陣是一個非線性過程，對該過程的正則化容易產生過平滑結果；第三類是對彌散張量磁共振圖像在張量域直接進行去噪，但是現有方法一般使用張量矩陣的部分信息，準確度較低。張量域去噪方法效果直觀，便于應用，但是不同于普通MRI，由于彌散張量磁共振圖像每個體素使用張量模型進行描述，在數學上表示為一個3×3對稱正定矩陣，同時包含三維空間的彌散大小和方向信息，普通MRI或灰度圖像使用的標量算子無法直接使用，因此彌散張量磁共振圖像張量域去噪需要高階算子實現張量之間的矩陣比較。

非局部均值去噪是近年得到有效應用的圖像去噪算法，其使用像素或像素塊的灰度相似性替代常用均值去噪的空間位置相似性，通過對高相似性像素(像素塊)賦予高權值并通過加權平均的方法獲取估計像素的最優值。但在彌散張量磁共振圖像中，由于每個體素均為3×3對稱正定矩陣描述的張量模型，現有非局部均值去噪使用的基于標量的灰度相似性無法直接應用。

發明內容

本發明針對現有技術的不足之處提供了一種彌散張量磁共振圖像張量域非局部均值去噪方法，在彌散張量磁共振圖像的張量域，根據非局部均值去噪原理，通過高階算子對三維張量模型的幾何結構及空間方向相似性的綜合比較，對高相似性體素賦予高權值并進行加權均值方法獲得去噪后張量數據，解決了彌散張量磁共振圖像易于被噪聲影響的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種彌散張量磁共振圖像張量域非局部均值去噪方法，其特征在于，如下步驟：

(1)在背景區域，計算背景區域的灰度直方圖，并使用高斯函數擬合灰度直方圖，根據高斯函數的方差確定噪聲標準差，并設定衰減系數h和搜索區域半徑Ω；

(2)根據噪聲標準差、衰減系數h和搜索區域半徑Ω依次遍歷彌散張量磁共振圖像中的所有體素，并以遍歷到的每個體素為中心體素，設定半徑為Ω的正方搜索區域Q；

(3)將正方搜索區域Q中的所有體素依次與中心體素進行張量矩陣相似性比較，獲得描述張量矩陣相似性的相似性距離d；

(4)根據衰減系數h、正方搜索區域Q和張量矩陣相似性的相似性距離d獲得歸一化參數，計算公式如下：