[發明專利]一種基于重采樣和稀疏分解的磁共振圖像降噪方法

有效

• 申請號: 201410749066.0
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104376541B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 周欣;肖灑;呂植成;孫獻平;葉朝輝;劉買利
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 李鵬,王敏鋒

技術領域

本發明涉及磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技術領域，具體涉及一種基于重采樣和稀疏分解的磁共振圖像降噪方法。

背景技術

磁共振成像由核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR,)現象衍生出的一種成像技術，是繼CT后醫學影像學的又一重大進步。1973年，由Lauterbur和Mansfield第一次展示了MRI對宏觀物質成像的可行性實驗。自1980年代應用以來，它以極快的速度得到發展。MRI由于其無創性、無放射性、成像參數豐富等優點，被廣泛地應用于全身各類疾病的檢查，成為重要的影像學臨床診斷技術。

但是，和其他影像技術相比，磁共振成像技術成像速度較慢。這種情況在成像層厚很薄時尤為嚴重，單次掃描難以獲得較高的圖像信噪比，需要通過多次掃描累加然后平均的方式來提高圖像信噪比。因為一般情況下，噪聲會隨著時間的變化而起伏變化，而信號則通常不會。所以可以利用噪聲和信號隨時間不同的變化特性來進行降噪。另外一方面，磁共振圖像可以通過稀疏變換進行稀疏表達。在稀疏變換中，信號與噪聲通常表現出不同的變換結果。信號在經過變換后通常變得極為稀疏，而噪聲在圖像中和經過變換后都表現為非稀疏分布。所以信號與噪聲的這種空間分布差異也為降噪提供了可能。

本發明公開的降噪方法，充分利用了磁共振信號和噪聲在時間和空間中的差異性。通過重復欠采樣結合統計學方法，對磁共振圖像中的噪聲進行了壓制。同時通過后續級聯稀疏分解迭代降噪的方式，對圖像進行了二次降噪。經過兩次降噪，本方法可以較好的去除磁共振圖像中的噪聲，提高圖像質量。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述磁共振圖像降噪問題，提出一種基于重采樣和稀疏分解的磁共振圖像降噪方法。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術措施：

步驟1、對單一成像層面通過單次掃描獲得的單個K空間數據進行多次欠采樣或多次掃描獲得的多個K空間數據分別進行多次欠采樣，獲得K空間數據的對應的互不相同的數據子集。將數據子集中未采樣數據點對應的數據全部填充為零。將填充后的數據子集通過傅里葉變換得到一組成像層面圖像。總的欠采樣次數至少在100次以上，總的欠采樣次數較少無法充分體現信號與噪聲隨時間波動性的差異。但是總的欠采樣次數過多會增加計算量和所需的存儲空間，需要根據實際情況進行平衡，采樣次數在100～1000次之間。欠采樣率在50％～80％之間。當欠采樣率低于50％，信號無法很好的在每次欠采樣數據中體現，而欠采樣率高于80％時，不同的欠采樣數據之間差異太小，失去了多次欠采樣的意義；

步驟2、對步驟1中獲得的一組成像層面圖像，統計每個相同位置像素點在這組圖像中像素值的均方差。均方差計算公式為：其中D(x_i)為第i個像素點像素值的均方差，N為總欠采樣次數，x_i為欠采樣圖像的第i個像素點的像素值，為第i個像素點全部欠采樣圖像對應點像素值的平均值。因為均方差計算過程中，用平均值取代了真值所以計算公式與普通均方差計算公式不同；

步驟3、根據步驟2中獲得的各像素點像素值的均方差，并結合衰減函數，確定各像素點像素值的修正系數。衰減函數為：其中w_i為第i個像素點的加權函數，α為加權函數的下限值，D_i為步驟2中統計得到的第i個點在欠采樣圖像組中的均方差值，β、ε為衰減曲線形狀控制常數。

步驟4、將成像層面的單次掃描得到的K空間數據或多次掃描得到的多個K空間數據的平均值，通過傅里葉變換得到成像層面圖像，并通過步驟3中得到的修正系數對圖像進行第一次降噪；

步驟5、將二次降噪后的成像層面圖像的K空間限定在步驟4中得到的一次降噪圖像的K空間的一定范圍內，通過迭代修正的方式，以二次降噪后的成像層面圖像在稀疏變換域內的1范數最小為優化目標，進行第二次降噪。可以使用的稀疏變換包括離Karhunen-Loeve變換、Haar變換、有限差分變換等。不同部位的磁共振圖像在不同的稀疏變換域中的稀疏程度不同，應根據具體成像部位進行選擇。

如上所述的步驟5中將二次降噪后的成像層面圖像的K空間限定在一次降噪后的成像層面圖像的K空間的一定范圍內的標準為：二次降噪后的成像層面圖像的K空間數據和一次降噪后的成像層面圖像的K空間數據之差的2范數小于預定值。