磁共振彌散張量成像的去噪方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了磁共振成像技術(shù)，特別是涉及一種磁共振彌散張量成像的去噪方法 和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 彌散張量成像（Diffusion Tensor Imaging DTI)是在彌散加權(quán)成像（Diffusion Weighted Imaging DWI)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的成像方法，其利用水分子的彌散各向異性 進(jìn)行成像，可無損的從微觀領(lǐng)域評價(jià)組織結(jié)構(gòu)的完整性，為疾病的預(yù)防、診斷及治療提供更 多的信息。但是，相比其他的磁共振成像技術(shù)，DTI需要較長的掃描時(shí)間，且信噪比較低。
[0003] 為了提高彌散張量成像的信噪比，目前較為直接的方法是通過多次采樣取平均和 減小K空間采樣區(qū)域的方法。這些方法在實(shí)際中有一定的應(yīng)用，但會增加掃描時(shí)間和影響 空間分辨率。另一種常見的方法是在獲取K空間掃描數(shù)據(jù)后，首先重建出彌散加權(quán)圖像，然 后再運(yùn)用信號處理的方法對圖像進(jìn)行去噪，最后，通過去噪后的圖像計(jì)算彌散張量及各種 彌散參數(shù)，用以生成彌散張量成像圖。該方法應(yīng)用較廣，但圖像去噪過程中的系統(tǒng)誤差有可 能會進(jìn)一步傳遞到后續(xù)的張量計(jì)算中，進(jìn)而影響各種彌散參數(shù)圖像的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種磁共振彌散張量成像的去噪方 法和系統(tǒng)，其可以避免圖像去噪的誤差對彌散張量估計(jì)的影響，可以更有效地抑制彌散張 量中的噪聲，提高彌散張量的估計(jì)精度。
[0005] 本發(fā)明提供了一種磁共振彌散張量成像的去噪方法，其包括：
[0006] 圖像數(shù)據(jù)獲取步驟：獲取磁共振彌散加權(quán)圖像所對應(yīng)的K空間數(shù)據(jù)；
[0007] 去噪步驟：基于磁共振彌散加權(quán)成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質(zhì)，利用平均 彌散率的稀疏性，采用最大后驗(yàn)概率估計(jì)的方法由所述K空間數(shù)據(jù)獲得每一個(gè)空間位置所 對應(yīng)的去噪后的彌散張量矩陣；
[0008] 彌散參數(shù)計(jì)算步驟：基于所述去噪后的彌散張量矩陣，獲得彌散參數(shù)圖。
[0009] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述去噪步驟包括：
[0010] 基于磁共振彌散加權(quán)成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質(zhì)，利用平均彌散率的稀 疏性，采用最大后驗(yàn)概率估計(jì)的方法構(gòu)建去噪函數(shù)模型，所述去噪函數(shù)模型參見如下述公 式⑴：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磁共振彌散張量成像的去噪方法，其包括： 圖像數(shù)據(jù)獲取步驟；獲取磁共振彌散加權(quán)圖像所對應(yīng)的K空間數(shù)據(jù)； 去噪步驟；基于磁共振彌散加權(quán)成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質(zhì)，利用平均彌散 率的稀疏性，采用最大后驗(yàn)概率估計(jì)的方法由所述K空間數(shù)據(jù)獲得每一個(gè)空間位置所對應(yīng) 的去噪后的彌散張量矩陣； 彌散參數(shù)計(jì)算步驟；基于所述去噪后的彌散張量矩陣，獲得彌散參數(shù)圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振彌散張量成像的去噪方法，其特征在于，所述去噪步 驟包括： 基于磁共振彌散加權(quán)成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質(zhì)，利用平均彌散率的稀疏 性，采用最大后驗(yàn)概率估計(jì)的方法構(gòu)建去噪函數(shù)模型，所述去噪函數(shù)模型參見如下述公式 (1)：
其中，D表示彌散張量矩陣的估計(jì)值，MD為平均彌散率；R(n)是作用于平均彌散率的 稀疏約束函數(shù)，A為相應(yīng)的正則化參數(shù)；dm為第m個(gè)彌散加權(quán)圖像所對應(yīng)的K空間數(shù)據(jù)；F 表示傅立葉編碼矩陣；表示第m個(gè)彌散加權(quán)圖像，其中，I。表示無彌散加權(quán)的參 考圖像，0。|為第m個(gè)彌散加權(quán)圖像的相位，b是彌散加權(quán)因子，gm是第m個(gè)彌散加權(quán)圖像所 對應(yīng)的彌散梯度向量gm = (g ?，gym, gzm) T ; 利用所述K空間數(shù)據(jù)，求解所述公式（1)，獲得每一個(gè)空間位置所對應(yīng)的去噪后的彌散 張量矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振彌散張量成像的去噪方法，其特征在于，所述稀疏約 束函數(shù)約束平均彌散率的稀疏性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振彌散張量成像的去噪方法，其特征在于，所述稀疏約 束函數(shù)利用L1范函來約束平均彌散率在稀疏變換域內(nèi)的稀疏性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振彌散張量成像的去噪方法，其特征在于，所述稀疏約 束函數(shù)通過調(diào)用W下公式來計(jì)算獲得：
其中，W表示稀疏變換運(yùn)算符，I I □ I |i表示取Li范數(shù)，〇1、〇2、〇3分別為彌散張量矩 陣主對角線的元素。
6. -種磁共振彌散張量成像的去噪系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 圖像數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取磁共振彌散加權(quán)圖像所對應(yīng)的K空間數(shù)據(jù)； 去噪模塊，用于基于磁共振彌散加權(quán)成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質(zhì)，利用平均 彌散率的稀疏性，采用最大后驗(yàn)概率估計(jì)的方法由所述K空間數(shù)據(jù)獲得每一個(gè)空間位置所 對應(yīng)的去噪后的彌散張量矩陣；及 彌散參數(shù)計(jì)算模塊，用于基于所述去噪后的彌散張量矩陣，獲得彌散參數(shù)圖。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁共振彌散張量成像的去噪系統(tǒng)，其特征在于，所述去噪模
塊包括： 模型構(gòu)建單元，用于基于磁共振彌散加權(quán)成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質(zhì)，利用 平均彌散率的稀疏性，采用最大后驗(yàn)概率估計(jì)的方法構(gòu)建去噪函數(shù)模型，所述去噪函數(shù)模 型參見如下述公式（1):
其中，D表示彌散張量矩陣的估計(jì)值，MD為平均彌散率；R( □)是作用于平均彌散率的 稀疏約束函數(shù)，A為相應(yīng)的正則化參數(shù)；dm為第m個(gè)彌散加權(quán)圖像所對應(yīng)的K空間數(shù)據(jù)；F 表示傅立葉編碼矩陣；表示第m個(gè)彌散加權(quán)圖像，其中，I。表示無彌散加權(quán)的參 考圖像，奶為第m個(gè)彌散加權(quán)圖像的相位，b是彌散加權(quán)因子，gm是第m個(gè)彌散加權(quán)圖像所 對應(yīng)的彌散梯度向量gm= 矩陣求解單元，用于利用所述K空間數(shù)據(jù)，求解所述公式（1)，獲得每一個(gè)空間位置所 對應(yīng)的去噪后的彌散張量矩陣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁共振彌散張量成像的去噪系統(tǒng)，其特征在于，所述稀疏約 束函數(shù)約束平均彌散率的稀疏性。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁共振彌散張量成像的去噪系統(tǒng)，其特征在于，所述稀疏約 束函數(shù)利用Li范函來約束平均彌散率在稀疏變換域內(nèi)的稀疏性。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁共振彌散張量成像的去噪系統(tǒng)，其特征在于， 所述稀疏約束函數(shù)通過調(diào)用W下公式來計(jì)算獲得：
? 1 其中，W表示稀疏變換運(yùn)算符，I I □ I |i表示取Li范數(shù)，〇1、〇2、〇3分別為彌散張量矩 陣主對角線的元素。

【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磁共振彌散張量成像的去噪方法和系統(tǒng)，其方法基于磁共振彌散加權(quán)成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質(zhì)，利用平均彌散率的稀疏性，采用最大后驗(yàn)概率估計(jì)的方法直接由K空間數(shù)據(jù)獲得每一個(gè)空間位置所對應(yīng)的去噪后的彌散張量矩陣。本發(fā)明可以避免圖像去噪的誤差對彌散張量估計(jì)的影響，可以更有效地抑制彌散張量中的噪聲，提高彌散張量的估計(jì)精度。
【IPC分類】A61B5-055, G06T5-00
【公開號】CN104599244
【申請?zhí)枴緾N201410816610
【發(fā)明人】彭璽, 梁棟, 劉新, 鄭海榮
【申請人】中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月23日