【摘要】：磁共振成像由于其高對(duì)比度、高分辨率、可任意選擇成像層面、無(wú)輻射傷害等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療診斷、科學(xué)研究等領(lǐng)域。磁共振成像系統(tǒng)是一種極為精細(xì)復(fù)雜的系統(tǒng),設(shè)備中的微小誤差或環(huán)境干擾都可能影響成像質(zhì)量,其中一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題就是由磁場(chǎng)分布不均勻或者線圈靈敏度存在空間差異性造成的灰度不均勻現(xiàn)象�；叶炔痪鶆颥F(xiàn)象會(huì)造成圖像中同一組織區(qū)域的灰度變化,降低圖像信噪比,對(duì)醫(yī)生診斷和計(jì)算機(jī)輔助分析,如分割、配準(zhǔn)等造成干擾。因此必須在磁共振圖像被應(yīng)用之前進(jìn)行處理以消除非均勻場(chǎng)。 非均勻場(chǎng)是一種光滑的、緩慢變化的乘性場(chǎng),它的存在會(huì)導(dǎo)致磁共振圖像發(fā)生漸變的亮度變化,使同一組織區(qū)域的灰度值發(fā)生偏差。利用這一特性,本文在之前的一些非均勻場(chǎng)校正研究的基礎(chǔ)上提出了兩種新的校正算法：利用灰度信息通過(guò)尋找多組織區(qū)域進(jìn)行曲面擬合的方法和利用梯度信息消除類間灰度差的曲面擬合方法。 本文首先提出了一種基于多組織區(qū)域查找與多項(xiàng)式擬合的非均勻場(chǎng)校正方法。基于灰度信息的校正方法一般假設(shè)同一種組織所在區(qū)域內(nèi)的灰度值大致相同,為一常數(shù)值。由于受到非均勻場(chǎng)干擾產(chǎn)生偏差,組織內(nèi)部的灰度偏差就反映了圖像的非均勻性特征。傳統(tǒng)的校正算法通過(guò)在直方圖中確定閾值的方法來(lái)確定某-組織區(qū)域并利用區(qū)域內(nèi)的灰度變化來(lái)估計(jì)非均勻場(chǎng)。但這種方法所估計(jì)的非均勻場(chǎng)的精度過(guò)于依賴于閾值的選取,閾值的不當(dāng)選擇會(huì)對(duì)圖像中組織分割的結(jié)果造成影響：把應(yīng)分屬于不同組織的區(qū)域劃歸屬于同一組織,或把屬于同一組織的區(qū)域分裂成屬于不同組織的區(qū)域。而這樣的錯(cuò)誤分割結(jié)果會(huì)造成對(duì)非均勻場(chǎng)的錯(cuò)誤估計(jì)。此外,非均勻場(chǎng)的估計(jì)精度還與組織的分布范圍有關(guān),若用于擬合的組織區(qū)域過(guò)于集中于某一局部區(qū)域,則其他區(qū)域的非均勻場(chǎng)會(huì)依賴于多項(xiàng)式的外推,這增加了過(guò)擬合的風(fēng)險(xiǎn)。為解決以上問(wèn)題,本文提出一種改進(jìn)方法,通過(guò)區(qū)域增長(zhǎng)來(lái)選取磁共振圖像中的組織區(qū)域,并迭代地選取多種組織,從圖像中提取盡可能多的、可以反映非均勻場(chǎng)變化情況的區(qū)域以盡可能覆蓋圖像中的大多數(shù)組織區(qū)域。在擬合非均勻場(chǎng)曲面時(shí)將這些不同組織區(qū)域內(nèi)的非均勻性特征融合到同一多項(xiàng)式擬合問(wèn)題中進(jìn)行求解。這種方法提高了非均勻場(chǎng)估計(jì)的精度和魯棒性。 本文同時(shí)提出了一種利用梯度信息消除類間灰度差的曲面擬合方法。由于一般的磁共振圖像包含多種組織類型,而非均勻場(chǎng)為乘性場(chǎng),與組織灰度耦合在一起,采用灰度信息進(jìn)行非均勻場(chǎng)估計(jì)時(shí),若組織區(qū)域分割錯(cuò)誤,則不同組織之間的灰度差會(huì)對(duì)非均勻性信息的提取造成影響。為了消除這一影響,本文提出一種改進(jìn)算法,將非均勻圖像轉(zhuǎn)換到對(duì)數(shù)域,并對(duì)對(duì)數(shù)域圖像的梯度進(jìn)行處理,通過(guò)圖像梯度的變化趨勢(shì)代替灰度值的變化來(lái)擬合曲面。這種算法避免了非均勻場(chǎng)與組織灰度耦合的問(wèn)題。本算法還設(shè)計(jì)了一種結(jié)合x(chóng)方向和y方向的一階梯度信息的特殊曲面擬合方法,可以避免其他基于梯度的非均勻場(chǎng)估計(jì)方法中的重積分或者二階梯度所引入的較大誤差,能較好地提高非均勻場(chǎng)的估計(jì)精度。 本文還將上述方法應(yīng)用于多線圈成像中線圈靈敏度的估計(jì),并提出了一種改進(jìn)的迭代策略。在多線圈磁共振掃描設(shè)備中,體表線圈的靈敏度變化函數(shù)被用來(lái)合成均勻的磁共振圖像或者用于并行加速,因此必須對(duì)線圈靈敏度進(jìn)行精確估計(jì)。線圈靈敏度在圖像上表現(xiàn)為與非均勻場(chǎng)相同的特性,會(huì)使線圈圖像的灰度發(fā)生漸變的變化,因此可以用非均勻場(chǎng)估計(jì)的方法來(lái)估計(jì)線圈靈敏度。但是相對(duì)于一般的非均勻場(chǎng),線圈靈敏度所造成的灰度不均勻性更為強(qiáng)烈,傳統(tǒng)的非均勻場(chǎng)校正算法在用于線圈靈敏度估計(jì)時(shí)會(huì)存在過(guò)度放大噪聲的問(wèn)題。本文提出一種改進(jìn)的層次化迭代的估計(jì)方法,在每一次迭代時(shí)對(duì)當(dāng)前迭代所提取的非均勻性信息與之前迭代所累積的擬合曲面的誤差進(jìn)行估計(jì)。這種改進(jìn)能夠?qū)⒌姆蔷鶆驁?chǎng)估計(jì)方法用于估計(jì)線圈靈敏度,以提高估計(jì)精度,同時(shí)避免了放大噪聲的問(wèn)題,可以有效消除相位陣列成像中重建圖像的非均勻性或并行成像中的偽影。 對(duì)上述方法在模擬圖像和真實(shí)圖像上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明本文方法所校正的圖像非均勻場(chǎng)得到很大改善,線圈靈敏度估計(jì)也能夠在多線圈技術(shù)中有效重建出高質(zhì)量的圖像。本論文提出的方法具有較好的魯棒性,能夠?qū)Ω鞣N掃描圖像進(jìn)行處理,已經(jīng)成功應(yīng)用在磁共振成像系統(tǒng)中并取得了較好的效果。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41;O482.532
【圖文】：

圖1.2 MK工掃描儀的基本結(jié)構(gòu)的成像質(zhì)量會(huì)受到很多因素的干擾，如外界環(huán)境的磁場(chǎng)變化、主磁體的度、梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生的禍流效應(yīng)和射頻線圈的靈敏度等。MRI掃描會(huì)產(chǎn)生場(chǎng)，影響周?chē)h(huán)境，為此應(yīng)該為MRT掃描儀采取磁屏蔽措施。磁體的不成磁場(chǎng)強(qiáng)度的漂移，這會(huì)對(duì)回波信號(hào)的相位產(chǎn)生影響，使圖像發(fā)生失真、

1多主導(dǎo)區(qū)域校正算法流程圖3.2.1預(yù)處理在估計(jì)非均勾場(chǎng)之前需要進(jìn)行預(yù)處理，包括消除噪聲和確定信號(hào)區(qū)域等。MR圖像的噪聲為萊斯分布，但在高信噪比下接近高斯分布。Manjdnetal (2008)提出的一種非局部平均去噪算法可以有效地消除這種噪聲干擾。背景區(qū)域中主要是空氣，不包含成像信息，因此也不含有非均勻場(chǎng)，但非均勾場(chǎng)采用曲面擬合法，會(huì)外推至全圖像，背景區(qū)域的非均勾場(chǎng)會(huì)抬高噪聲信號(hào)，因此必須將背景區(qū)域的非均勾場(chǎng)設(shè)置為0。利用閾值分割法和形態(tài)學(xué)方法劃分出背景區(qū)域和信號(hào)區(qū)域的邊界。信號(hào)區(qū)域內(nèi)的信噪比較高，而背景區(qū)域內(nèi)只包含未消除的少量的噪聲，其灰度值接近于0，因此通過(guò)在直方圖上確定第一個(gè)波峰所在的范圍即可確定信號(hào)21

我們?cè)谛Ｕ龝r(shí)只選擇一個(gè)較小的iV。例如在腦部圖像中，設(shè)置二2 (代表組織分布最多的腦灰質(zhì)和腦白質(zhì)）。注意由于某次迭代在確定主導(dǎo)區(qū)域時(shí)強(qiáng)制對(duì)區(qū)域增長(zhǎng)的結(jié)果進(jìn)行了限制，因此很有可能將原本屬彳二本組織的區(qū)域也移除了，為了使相鄰兩次迭代不會(huì)錯(cuò)誤地選取到同一組織，在移出區(qū)域時(shí)我們選擇移除區(qū)域增長(zhǎng)的最終結(jié)果而不是主:導(dǎo)區(qū)域#。圖3. 3給出了一個(gè)對(duì)T1成像腦部進(jìn)行主導(dǎo)區(qū)域分割的結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李音;磁共振圖像中非均勻場(chǎng)的校正[J];國(guó)外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè);2002年06期

2 李音,王澤,朱貽盛;改進(jìn)的同態(tài)濾波方法校正磁共振圖像中偏差場(chǎng)[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2003年09期

3 鄭建英;方青;蔣利紅;謝林森;駱建華;;基于奇異譜分析的校正磁共振圖像非均勻場(chǎng)的新方法[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2006年08期

本文編號(hào)：2806612