一种基于投影估计的相控阵线圈磁共振图像非均匀性校正方法

技术领域

本发明属于磁共振成像领域，具体涉及一种基于投影估计的相控阵线圈磁共振图像非均匀性校正方法。

背景技术

磁共振成像由于具有无放射性、成像清晰、软组织分辨率好、可任意选择成像面、无气体和骨伪影干扰等优点被广泛应用于医疗诊断和科学研究等领域。但由于射频线圈产生的磁场不均匀以及线圈灵敏度存在空间差异性会导致MR图像存在灰度不均匀的情况，甚至会影响医生对病情的判断。

针对MR图像存在的灰度不均匀性问题，许多磁共振领域专家进行了研究，并提出了多种校正算法。大体上可以分为前瞻性方法和回顾性方法，前瞻性方法着重于图像采集过程中的校正和优化，包括水模、多线圈、特殊序列等方法。基于水模的方法需要从水模的同一位置中提取不均匀场来校正表面线圈图像，基于多线圈的方法是利用体线圈来校正表面线圈图像，基于特殊序列的方法是利用序列参数的差异计算出不均匀场。上述方法均需要额外的扫描数据，在一定程度上增加了硬件的负担，并且扫描时间也会有所增加。回顾性方法依赖于图像本身信息或一些先验知识，包括滤波、分割、曲面拟合、直方图等方法。滤波方法是将不均匀场看做图像的低频成分，利用高通滤波器直接滤除灰度不均匀场，分割的方法是在图像分割的过程中引入灰度不均匀校正，最终同时达到分割和校正的目的，曲面拟合的方法是将灰度不均匀场看做一个曲面，用曲面拟合的方法拟合出灰度不均匀场，直方图的方法则是结合灰度不均匀场的特性，对图像的直方图进行处理，使得不均匀的图像得到校正。

发明内容

本发明目的是：提供一种图像信噪比高，均匀性好的基于投影估计的相控阵线圈磁共振图像非均匀性校正方法。

本发明的技术方案是：一种基于投影估计的相控阵线圈磁共振图像非均匀性校正方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)对原始磁共振图像数据进行阈值处理获得掩模图像，将掩模图像和原始磁共振图像融合得到感兴趣区域图像；

(2)对感兴趣区域图像在0°～179°内进行Radon投影变换，获得各个角度上的投影曲线；

(3)对各个角度上的投影曲线的目标区域进行非线性拟合，以剔除人体组织高频信号；

(4)对拟合后的积分曲线进行Radon逆变换重建出所估计的偏场估计图像并进行低通滤波；

(5)将步骤(1)中获得的掩模图像进行低通滤波处理后与原始磁共振图像以及偏场估计图像进行融合，得到校正后的磁共振图像。

进一步的，所述步骤(1)中阈值处理的方法为OTSU方法。

进一步的，所述OTSU方法为：在原始图像的灰度空间L中，对于一幅图像使用灰度值i将图像分为前景和背景两类，分别使用G

式中，ω

根据最佳阈值i

进一步的，所述步骤(2)中Radon投影变换的方法为：对于感兴趣区域(ROI)图像f(x，y)，其Radon变换可以看成图像f(x，y)沿着某一直线l的一维投影，或者说是f(x，y)定义在沿某一直线l的线积分，因此，Radon变换的数学表达式可以表示为：

式中直线l可以采用极坐标的形式表示一条距离原点ρ且与y轴负方向夹角为θ的直线，其方程为ρ＝x cosθ+y sinθ，利用冲激函数δ(x)的特性，Radon变换可以进一步表达为如下形式：

进一步的，所述步骤(3)中采用4阶多项式对投影曲线进行拟合，剔除投影曲线中的组织细节，然后采用Radon逆变换对0°～179°内的投影曲线进行图像重建，具体地根据Radon变换公式可以解出：

将上式写为极坐标形式有：

式中，R

所述步骤4中由于灰度不均匀的磁共振图像V(x，y)通常被做是由一幅均匀图像U(x，y)乘以一个不均匀偏场B(x，y)，再加上噪声N(x，y)组成，即：

V(x，y)＝U(x，y)B(x，y)+N(x，y)

其中偏场B(x，y)一般被视为缓慢变化、近似于平滑的乘性场。灰度不均匀性校正的目的是从磁共振设备中观测的图像V(x，y)中恢复出真实图像U(x，y)，如果N(x，y)相对于U(x，y)B(x，y)来说足够小，并且已知偏场B(x，y)，那么均匀图像可以由下式得到：

由于该图像组织边缘伪迹较为明显，采用了一种基于高斯低通滤波的方法对掩模进行滤波，根据高斯分布可知二维高斯滤波核函数为：

进一步地，所述步骤5将原始磁共振图像、掩模和偏场估计图像利用图像融合算法进行图像融合，所设计的图像融合算法如下：

式中，V(x，y)为原始磁共振图像，M(x，y)为步骤1中所获得的掩模图像，B

本发明的优点是：采用了投影估计的方法重建相控阵线圈磁共振图像的偏场估计图像，并设计了一种图像融合方法将校正后的感兴趣区域图像和原始图像进行融合，有效的解决了传统校正方法校正效果不明显，容易放大图像噪声等问题，同时该方法不依赖序列，也不需要额外的扫描数据，能够在保证信噪比的同时使图像的不均匀性状况得到改善。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的待校正原始腹部磁共振图像。

图3为本发明的掩模图像。

图4为本发明的90°投影原始曲线及拟合曲线。

图5为本发明的高斯滤波后的偏场估计图像。

图6位本发明的校正后的磁共振图像。

图7位本发明的原始图像和校正后图像的对比图。

具体实施方式

实施例：如图1所示的基于投影估计的相控阵线圈磁共振图像非均匀性校正方法包括以下步骤：(1)对原始磁共振图像数据(原始图像)进行阈值处理获得掩模图像(掩模)，将掩模图像(掩模)和原始磁共振图像融合得到感兴趣区域图像(ROI)；(2)对感兴趣区域图像在90°内进行Radon投影变换，获得各个角度上的投影曲线；(3)对各个角度上的投影曲线的目标区域进行非线性拟合，以剔除人体组织高频信号；(4)对拟合后的积分曲线进行Radon逆变换重建出所估计的偏场估计图像并进行低通滤波；(5)将步骤(1)中获得的掩模图像进行低通滤波处理后与原始磁共振图像以及偏场估计图像进行融合，得到校正后的磁共振图像。

本实施例中，如图2所示的待校正原始腹部磁共振图像，首先对原始腹部磁共振图像采用OTSU方法进行阈值处理，具体地，在原始图像的灰度空间L中，对于一幅图像使用灰度值i将图像分为前景和背景两类，分别使用G

式中，ω

根据最佳阈值i

然后，对ROI图像在90°内进行Radon投影变换，具体地，对于ROI图像f(x，y)，其Radon变换可以看成图像f(x，y)沿着某一直线l的一维投影，或者说是f(x，y)定义在沿某一直线l的线积分，因此，Radon变换的数学表达式可以表示为：

式中直线l可以采用极坐标的形式表示一条距离原点ρ且与y轴负方向夹角为θ的直线，其方程为ρ＝x cosθ+y sinθ，利用冲激函数δ(x)的特性，Radon变换可以进一步表达为如下形式：

再然后对90°内的投影曲线进行非线性拟合，并对拟合后的曲线进行Radon逆变换获得偏场估计图像，具体地，采用4阶多项式对投影曲线进行拟合，剔除投影曲线中的组织细节，然后采用Radon逆变换对90°内的投影曲线进行图像重建，具体地根据Radon变换公式可以解出：

将上式写为极坐标形式有：

式中，R

由于灰度不均匀的磁共振图像V(x，y)通常被做是由一幅均匀图像U(x，y)乘以一个不均匀偏场B(x，y)，再加上噪声N(x，y)组成，即：

V(x，y)＝U(x，y)B(x，y)+N(x，y)

其中偏场B(x，y)一般被视为缓慢变化、近似于平滑的乘性场。灰度不均匀性校正的目的是从磁共振设备中观测的图像V(x，y)中恢复出真实图像U(x，y)，如果N(x，y)相对于U(x，y)B(x，y)来说足够小，并且已知偏场B(x，y)，那么均匀图像可以由下式得到：

由于该图像组织边缘伪迹较为明显，采用了一种基于高斯低通滤波的方法对掩模进行滤波，根据高斯分布可知二维高斯滤波核函数为：

将原始磁共振图像、掩模和偏场估计图像利用图像融合算法进行图像融合，所设计的图像融合算法如下：

式中，V(x，y)为原始磁共振图像，M(x，y)为步骤(1)中所获得的掩模图像，B

融合后的校正图像如图6、图7所示，从图7的对比中可以清楚的看到本发明的算法可以在保证信噪比的同时使核磁图像的不均匀性状况得到很大的改善。