双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取方法及系统

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体地，涉及一种双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取方法及系统，更为具体地，涉及一种基于双数据保真项的数值迭代的磁共振弹性成像位移提取方法及系统。

背景技术

作为处理MRE图像的第一步，提取的波场质量决定了生物力学特性估计的性能。由于相位图像是基于运动编码梯度获得的，运动的大小可能会引入相位卷绕效应，因此，相位解卷绕通常是第一步。传统的做法是在进行时域快速傅里叶变换(FFT)以提取主成分之前，先对单个图像帧进行解卷绕。解卷绕算法，如按可靠性排序算法和Di late-Erode-Propagate(DE)以类似搜索或离散贪婪更新的方式工作，在复杂的卷绕场景中容易失败；基于拉普拉斯的估计(LBE)在频域中同时进行相位解卷绕和FFT。LBE对噪声具有鲁棒性，解卷绕成功率高，但会引入新的背景偏移噪声，这对生物力学特性估计是有影响的；相位梯度法(PG)不需要直接进行解卷绕，但对噪声敏感，必须与专门设计的力学特性估计算法一起使用。因此，需要一种既能进行相位解卷绕又能进行FFT的准确抗噪性好的波场提取方法。

专利文献CN104055536A(申请号：CN201410171606.1)公开了一种超声与磁共振图像融合配准方法，通过构建所述前列腺磁共振图像的有限元模型，并将超声弹性成像获取的所述前列腺的生物力学信息融入到所述有限元模型中，再根据所述有限元模型，采用主成分分析构建所述前列腺个性化统计运动模型后实现所述前列腺磁共振图像与上述三维经直肠超声图像数据配准。但该发明没有解决磁共振弹性成像中复杂带噪数据位移提取难的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取方法及系统。

根据本发明提供的一种双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取方法，包括：

步骤S1：建立相位图像模型并利用交叉相除去除背景相位；

步骤S2：设计数据保真项完成等同傅里叶变换的主成分提取；

步骤S3：设计梯度数据保真项完成相位解卷绕；

步骤S4：选择超参数并进行迭代求解，进行弹性成像位移提取。

优选地，在所述步骤S1中：

步骤S1.1：建立图像模型，第j个相位偏移

其中，j＝1,2,3,……J，A是原始复图像，Φ是A的相位，φ

其中，U′为复位移的实部，U″为复位移的虚部；

步骤S1.2：利用交叉相除去掉背景相位：

其中，(p,q)∈{(x,y)|x

优选地，在所述步骤S2中：

通过设计数据保真项解决等同傅里叶变换的主成分提取：

其中，

优选地，在所述步骤S3中：

步骤S3.1：利用相位梯度法从卷绕的原始数据中提取到解卷绕的相位梯度数据

步骤S3.2：对估计的U′和U″求梯度获得相位梯度保真项解决卷绕问题：

其中，Loss

优选地，在所述步骤S4中：

步骤S4.1：最终的loss函数为：

步骤S4.2：选择λ超参数进行迭代更新。

根据本发明提供的一种双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取系统，包括：

模块M1：建立相位图像模型并利用交叉相除去除背景相位；

模块M2：设计数据保真项完成等同傅里叶变换的主成分提取；

模块M3：设计梯度数据保真项完成相位解卷绕；

模块M4：选择超参数并进行迭代求解，进行弹性成像位移提取。

优选地，在所述模块M1中：

模块M1.1：建立图像模型，第j个相位偏移

其中，j＝1,2,3,……J，A是原始复图像，Φ是A的相位，φ

其中，U′为复位移的实部，U″为复位移的虚部；

模块M1.2：利用交叉相除去掉背景相位：

其中，(p,q)∈{(x,y)|x

优选地，在所述模块M2中：

通过设计数据保真项解决等同傅里叶变换的主成分提取：

其中，

优选地，在所述模块M3中：

模块M3.1：利用相位梯度法从卷绕的原始数据中提取到解卷绕的相位梯度数据

模块M3.2：对估计的U′和U″求梯度获得相位梯度保真项解决卷绕问题：

其中，Loss

优选地，在所述模块M4中：

模块M4.1：最终的loss函数为：

模块M4.2：选择λ超参数进行迭代更新。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过设计新的数据保真项和梯度数据保真项，同时完成磁共振弹性成像中的相位解卷绕和傅里叶变换，解决了磁共振弹性成像中复杂带噪数据位移提取难的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据本发明提供的一种双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取方法，如图1所示，包括：

步骤S1：建立相位图像模型并利用交叉相除去除背景相位；

具体地，在所述步骤S1中：

步骤S1.1：建立图像模型，第j个相位偏移

其中，j＝1,2,3,……J，A是原始复图像，Φ是A的相位，φ

其中，U′为复位移的实部，U″为复位移的虚部；

步骤S1.2：利用交叉相除去掉背景相位：

其中，(p,q)∈{(x,y)|x

步骤S2：设计数据保真项完成等同傅里叶变换的主成分提取；

具体地，在所述步骤S2中：

通过设计数据保真项解决等同傅里叶变换的主成分提取：

其中，

步骤S3：设计梯度数据保真项完成相位解卷绕；

具体地，在所述步骤S3中：

步骤S3.1：利用相位梯度法从卷绕的原始数据中提取到解卷绕的相位梯度数据

步骤S3.2：对估计的U′和U″求梯度获得相位梯度保真项解决卷绕问题：

其中，Loss

步骤S4：选择超参数并进行迭代求解，进行弹性成像位移提取。

具体地，在所述步骤S4中：

步骤S4.1：最终的loss函数为：

步骤S4.2：选择λ超参数进行迭代更新。

实施例2：

实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

本发明还提供一种双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取系统，所述双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取系统可以通过执行所述双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取方法理解为所述双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取系统的优选实施方式。

根据本发明提供的一种双数据保真项的迭代磁共振弹性成像位移提取系统，包括：

模块M1：建立相位图像模型并利用交叉相除去除背景相位；

具体地，在所述模块M1中：

模块M1.1：建立图像模型，第j个相位偏移

其中，j＝1,2,3,……J，A是原始复图像，Φ是A的相位，φ

其中，U′为复位移的实部，U″为复位移的虚部；

模块M1.2：利用交叉相除去掉背景相位：

其中，(p,q)∈{(x,y)|x

模块M2：设计数据保真项完成傅里叶变换；

具体地，在所述模块M2中：

通过设计数据保真项解决傅里叶变换问题：

其中，

模块M3：设计梯度数据保真项完成相位解卷绕；

具体地，在所述模块M3中：

模块M3.1：利用相位梯度法从卷绕的原始数据中提取到解卷绕的相位梯度数据

模块M3.2：对估计的U′和U″求梯度获得相位梯度保真项解决卷绕问题：

其中，Loss

模块M4：选择超参数并进行迭代求解，进行弹性成像位移提取。

具体地，在所述模块M4中：

模块M4.1：最终的loss函数为：

模块M4.2：选择λ超参数进行迭代更新。

实施例3：

实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

针对磁共振弹性成像中的位移提取问题，提出了一种利用双数据保真项进行数值迭代方法，同时完成相位解卷绕和傅里叶变换，该方法可以很好地解决带噪复杂场景下的位移提取问题。

一种基于双数据保真项的数值迭代的磁共振弹性成像位移提取方法，主要包括数据的预处理，数据保真项和梯度数据保真项的设计，以及迭代更新，具体为：

步骤S1：建立相位图像模型并利用交叉相除去掉背景相位，设计新的数据保真项完成傅里叶变换。

步骤S2：设计新的梯度数据保真项完成相位解卷绕。

步骤S3：选择合适的超参数并进行迭代求解。

所述步骤S1包括如下步骤：

步骤S1.1：建立图像模型。第j(j＝1…J)个相位偏移

其中，是原始复图像，Φ是A的相位，φ

其中，U′为复位移的实部，U″为复位移的虚部。

步骤S1.2：利用交叉相除可以去掉背景相位：

其中，(p,q)∈{(x,y)|x

步骤S1.3：通过新设计的数据保真项解决傅里叶变换问题：

其中/>

Loss

所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S2.1：利用相位梯度法从卷绕的原始数据中提取到解卷绕的相位梯度数据

步骤S3.2：对估计的U′和U″求梯度获得相位梯度保真项从而解决卷绕问题：

其中，Loss

所述步骤S3包括如下步骤：

步骤S3.1：最终的loss函数为

步骤S3.2：选择合适的λ超参数进行迭代更新。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。