[發明專利]一種基于圖像梯度擬合的MRI非均勻場估計方法

在審

• 申請號: 201410779041.5
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104392422A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 凌強;李朝輝;李峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/60;A61B5/055
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;賈玉忠

技術領域

對核磁共振圖像中由于磁場不均勻或線圈靈敏度造成的非均勻場進行快速估計并進行校正。

背景技術

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等特點而被廣泛地應用于醫療診斷和科學研究。但核磁共振成像系統由于受到磁場不均勻，線圈靈敏度等干擾，重建影像表現出一定的非均勻性，對醫生診斷和計算機輔助分析如配準、分類等都會產生一定的影像。隨著對更高分辨率掃描圖像的需求，掃描儀的磁場強度越來越高、磁場梯度也越來越精細，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重。非均勻場是由發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為一種平滑的、緩慢變化的乘性偏差場，會導致圖像的灰度值與真實值之間存在一定的偏差。一些較強的非均勻場會降低圖像的對比度，淹沒病灶細節，從而導致錯誤的診斷結果或配準、分割誤差。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。

非均勻場校正方法一般通過對圖像的非均勻特性進行曲面擬合獲得非均勻場估計。一種基于梯度濾波的非均勻性估計，利用MRI的低頻梯度與組織模型無關的特點，直接求取圖像的二階偏導并進行低通濾波操作，對濾波后的梯度圖像進行重新積分，但濾波并不能完全提出圖像邊緣造成的梯度高頻信息，剩余的高頻梯度信息也會對重積分造成較大的誤差。第二種出基于二階梯度擬合的快速非均勻場估計，同樣利用第一種方法中MRI的低頻梯度與組織模型無關的特點，選取圖像的二階導數圖中較小的值作為非均勻場造成的梯度的估計，用低階多項式直接擬合得出非均勻場。其缺點是梯度采用閾值法選取，容易將圖像細節錯誤地劃分進去。若圖像的非均勻場較小，而確定的擬合數據中又包含較多的圖像細節，則造成的二階梯度進行擬合誤差較大，校正圖像可能非均勻度更加嚴重。另外一種基于逐行逐列擬合的非均勻場校正假設非均勻場引起圖像灰度的微小變化，則梯度場中較小的值則代表由非均勻場引起，較大的值為圖像細節。通過提取圖像的梯度場中的每一行每一列的較小的值，作為非均勻場梯度的估計，通過一維多項式擬合得到x方向和y方向的非均勻場估計，二者相乘得到圖像的非均勻場。缺點是行與行之間無法保證對齊，對于一些行其高頻特性占大多數時無法提取足夠的擬合點，造成擬合誤差過大。本發明依然利用了圖像中低頻梯度與組織模型無關的特性，改進了上述方法，主要特點有：

1)本發明能夠較為精確地估計出非均勻場并校正圖像。

2)估計方法不依賴于其他設備和先驗知識。

3)估計方法運算速度滿足實時要求。

發明內容

本發明提出一種基于圖像梯度擬合的MRI非均勻場估計方法，用于對核磁共振圖像中由磁場不均勻或線圈靈敏度造成的灰度不均勻性進行快速校正。該方法首先對圖像求對數，轉換到對數域，將乘性的非均勻場變為加性，這樣就對圖像信息和非均勻場信息進行了解耦。然后選取一系列灰度值相差不大的區域，提取其中的x-方向和y-方向梯度，通過最小二乘法最小化一個特殊的目標函數，直接獲得全圖像的非均勻場的擬合估計，具體流程如下：

步驟一、去噪處理

核磁共振原始圖像由收集的k空間信號進行傅立葉變換得到。由于設備和環境影響，受到噪聲。本發明為基于梯度的非均勻場估計，而梯度對噪聲十分敏感。在進行估計之前要對原始圖像進行去噪處理，預處理還包括了圖像的輪廓提取，剔除邊緣的背景區域和一些低信噪比區域。

步驟二、計算梯度場

估計非均勻場需要對區域內的梯度值進行擬合操作。因此首先計算出圖像的梯度場，包括x-方向梯度和y-方向梯度。圖像梯度一般采用差分法或sobel算子求取，為了減少噪聲干擾，本發明提出一種新的基于高斯核的梯度算子來計算圖像的梯度，在計算某一點的梯度時考慮其周圍點的影響。以x-方向為例，假設原始圖像為v，對數操作后為v_log，計算公式為：