磁共振化学位移编码成像方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及磁共振化学位移编码成像方法与装置以及执行所述方法的各步骤的计算机可读介质。所述方法包括：(1)求得二维原始磁共振图像的两组场图候选解；(2)在不同的尺度下，将前述两组场图候选解分别分割为不交叠的子块；(3)在每一个尺度下分别采用局部迭代场图提取算法，得到相应的原始图像空间下的场图；(4)将各个尺度下得到的场图合并，保留具有相同场图值的像素点的场图值，其余像素点的场图值置0；(5)利用局部迭代场图提取算法对置0像素点的场图值进行选取，得到最终场图；(6)对最终场图进行平滑处理，分离原始磁共振图像，得到准确的各待分离成分的图。本发明专利技术所述方法能实现正确的场图估计和水脂分离。

【技术实现步骤摘要】
磁共振化学位移编码成像方法与装置
本专利技术涉及磁共振成像
，尤其涉及基于多尺度局部迭代场图提取算法的磁共振化学位移编码成像方法与装置。
技术介绍
磁共振化学位移编码成像是一种基于组织中各成分之间化学位移差异的成像方法。化学位移编码成像在不同的回波时间采集信号，使得每一组信号中各成分之间存在相位差。临床上最常用的化学位移编码成像是水脂分离成像，它主要用于脂肪抑制和脂肪定量等应用中。多回波化学位移编码成像假设组织信号由多种不同成分(本专利技术中以水和脂肪分离成像为例)被同时激发得到，并已知各成分相对于水的化学位移，然后拟合信号与各成分、B0场图和回波时间(echotime,TE)之间的数学模型。实际应用最多的化学位移编码成像是水脂分离成像，即通过多回波信号分离水和脂肪两种成份，以下均以水脂分离成像为例说明两点化学位移编码成像方法。1984年，Dixon[1]最早提出了两点水脂分离技术，该技术假设场图分布均匀，选取两个特定的TE分别采集水和脂肪质子相位同向(In-phase，IP)和反向(opposed-phase，OP)的图像，通过简单的相加/相减操作得到水图和脂肪图。为了解决B0场不均匀造成的影响，2006年，Xiang[2]提出了一种新的两点水脂分离技术，该技术不再限制第二幅采集图像中水和脂肪相位反向，而是采集水脂相位部分反向(partially-opposed-phase，POP)图像，利用余弦定理得到两组水和脂肪的幅值图像，在此基础上解到两个场图候选值然后将原始图像分割为多个不交叠的子块，根据子块内场图分布的光滑特性，选取出每一个子块内具有最大场图相似性的场图集合作为初始场图，利用区域迭代场图提取(RegionalIterativePhasorExtraction，RIPE)算法从场图候选解中将整个原始图像空间内的场图估计出来，最后利用最小二乘法得到分离的水和脂肪图像。2011年，Eggers等[3]在Xiang方法的基础上提出了新的两点分离技术，该技术也不再限制第一幅采集图像中水和脂肪相位同向，只是限制第一幅采集图像中的水脂相位差θ1和第二幅图像中的水脂相位差θ2之间的差或和不能等于2π或其整数倍。该技术借用Xiang的方法对场图进行估计。多回波化学位移编码成像面临的最大挑战是由主磁场B0不均匀性(本专利技术称之为场图，B0均匀时，场图连续缓慢变化)造成的局部分反，因此该技术的分离效果依赖于B0场图的估计。前述现有算法存在其缺点，文献[2-3]在不同的子块得到各自的场图集合，将其直接拼接后作为初始场图进行区域迭代场图提取，这样做的缺陷是在场图提取过程中容易出现选取矛盾，即从不同方向进行场图选取时得到不同的选取结果，造成最后的场图中存在跳变。
技术实现思路
针对上述缺点，本专利技术提出一种基于多尺度局部迭代场图提取(multi-scaleRIPE)算法的磁共振化学位移编码成像方法，以实现正确的场图估计和待分离成分的分离(例如，水脂分离)。本专利技术所述的磁共振化学位移编码成像方法，所述方法包括：(1)求得二维原始磁共振图像的两组场图候选解(又称场图候选值)；(2)在不同的分块尺度下，将前述两组场图候选解分别分割为不交叠的子块；(3)在每一个分块尺度下分别采用局部迭代场图提取算法，得到相应的原始图像空间下的场图；(4)将各个分块尺度下得到的场图合并，保留具有相同场图值的像素点的场图值，其余像素点的场图值置0；(5)利用局部迭代场图提取算法对置0像素点的场图进行选取，得到最终场图；(6)对最终场图进行平滑处理，分离原始磁共振图像(即，利用平滑处理后的场图对原始磁共振图像进行分离)，得到准确的各待分离成分(例如水和脂肪，或者水与另一待分离成分)的图。在一实施方式中，所述待分离成分为水和脂肪。在一实施方式中，所述待分离成分为水和另一成分，所述成分可以是硅胶或其它任意一种和水具有不同化学位移的成分；也可以分离任意两种具有不同化学位移的成分。在一实施方式中，所述的步骤(1)根据以下执行：描述二维原始磁共振图像中每个像素点的场图值拟合误差曲线，并根据该场图值拟合误差曲线寻找使之达到局部极小值的所有场图值，构成该像素点的两组场图候选解。在一子实施方式中，所述的步骤(1)可根据以下执行：根据式(5)描述二维原始磁共振图像中每个像素点的场图值拟合误差曲线(phasor-error谱)，p＝argminerr(p)＝argmin||(I-AA+)S||2(5)其中p是相位矢量(或相位因子)，也称为场图值；I是4×4单位矩阵；A+＝(ATA)-1AT，上标“+”表示取矩阵伪逆，上标“T”表示矩阵的转置；err(p)描述了相位矢量p和拟合误差之间的关系，表示为phasor-error谱，其定义为不同相位矢量值下对应的模型拟合误差；S如下面式(4)中所定义；根据该phasor-error谱寻找使式(5)表征的二范数达到局部极小值的所有场图值p，构成该像素点的场图候选解，个数为1个或2个，以符号p1和p2表示，场图值数目为1时，p1＝p2。在一实施方式中，所述式(5)通过以下获得：采用以下式(1)的含有水和另一成分(例如脂肪)的两种成分的MR信号模型：其中TE为回波时间，Sn是在回波时间TEn下的信号强度；ρw和ρf是水和另一成分(例如脂肪)的信号强度值；水的化学位移设定为0，fF是另一成分相对于水的化学位移，为已知量，例如脂肪，为-3.5ppm；fB是静磁场B0的场图值，i表示虚数；利用式(2)定义以下参数c1、c2、q和p：其中ΔTE＝TE1-TE2，q代表TE1时间内由于fB造成的水的相位，p代表ΔTE时间内由于fB造成的水的相位累积，即如上所定义的相位矢量或场图值，其角度与fB成正比，(角度)范围是[-ππ]；其中利用式(2)的p，由式(1)和(2)解得以下式(3)表示的q：通过利用式(2)、(3)，将式(1)改写成以下式(4)的矩阵形式：其中是4×1矩阵，S1、S2分别独立地为在回波时间TE1、TE2下一个像素点的信号强度，Re代表取复数实部，Im代表取复数虚部；通过式(4)，根据变量投影方法，使用最小二乘法解得式(5)表示的p：p＝argminerr(p)＝argmin||(I-AA+)S||2(5)。在一实施方式中，所述的步骤(2)根据以下执行：根据预先定义的分块尺度值将待分割的二维原始磁共振图像进行分块，得到的每一组图像中均包含数目不等的子块，每一个子块的大小对应其分块尺度。在一实施方式中，所述分块尺度值为整数，选自1至16中的一个或多个数值。例如，所述分块尺度值可以是任选的4个数值：6、8、10和12。在一实施方式中，所述步骤(3)根据以下执行：(3a)场图的初始化对每一个分块尺度下的每一个子块，求得子块场图候选解，利用每一个子块场图候选解为初始值，对子块内所有像素点的两组场图候选解进行选取，选取规则为像素点场图候选解与初始值差值的幅值距离最小，符合所述规则的像素点场图候选解组成一个场图值集合，未被选取的像素点场图候选解组成另一个场图值集合；计算每一个场图候选解对应场图值集合的矢量和；比较所述矢量和的幅值，选取最大幅值对应的场图值集合；对每一个分块尺度下每一个子块均进行上述场图初始化，将每一个分块尺度下所有子块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.磁共振化学位移编码成像方法，所述方法包括：(1)求得二维原始磁共振图像的两组场图候选解；(2)在不同的分块尺度下，将前述两组场图候选解分别分割为不交叠的子块；(3)在每一个分块尺度下分别采用局部迭代场图提取算法处理场图候选解子块，得到相应的原始图像空间下的场图；(4)将各个分块尺度下得到的场图合并，保留具有相同场图值的像素点的场图值，其余像素点的场图值置0；(5)利用局部迭代场图提取算法对置0像素点的场图值进行选取，得到最终场图；(6)对最终场图进行平滑处理，分离原始磁共振图像，得到准确的各待分离成分的图。

【技术特征摘要】
1.磁共振化学位移编码成像方法，所述方法包括：(1)求得二维原始磁共振图像的两组场图候选解；(2)在不同的分块尺度下，将前述两组场图候选解分别分割为不交叠的子块；(3)在每一个分块尺度下分别采用局部迭代场图提取算法处理场图候选解子块，得到相应的原始图像空间下的场图；(4)将各个分块尺度下得到的场图合并，保留具有相同场图值的像素点的场图值，其余像素点的场图值置0；(5)利用局部迭代场图提取算法对置0像素点的场图值进行选取，得到最终场图；(6)对最终场图进行平滑处理，分离原始磁共振图像，得到准确的各待分离成分的图。2.根据权利要求1所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，所述待分离成分为水和另一成分。3.根据权利要求2所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，步骤(1)根据以下执行：描述二维原始磁共振图像中每个像素点的场图值拟合误差曲线，并根据该场图值拟合误差曲线寻找使之达到局部极小值的所有场图值，构成该像素点的两组场图候选解。4.根据权利要求3所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，步骤(2)根据以下执行：根据预先定义的分块尺度值将二维原始磁共振图像进行分块，得到的每一组图像中均包含数目不等的子块，每一个子块的大小对应其分块尺度。5.根据权利要求4所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，所述分块尺度值为整数，选自1至16中的一个或多个数值。6.根据权利要求5所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，所述分块尺度值为6、8、10和12。7.根据权利要求4所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，步骤(3)根据以下执行：(3a)场图的初始化对每一个分块尺度下的每一个子块，求得子块场图候选解，利用每一个子块场图候选解为初始值，对子块内所有像素点的所述两组场图候选解进行选取，选取规则为像素点场图候选解与初始值差值的幅值距离最小，符合所述规则的像素点场图候选解组成一个场图值集合，未被选取的像素点场图候选解组成另一个场图值集合；计算每一个场图候选解对应场图值集合的矢量和；比较所述矢量和的幅值，选取最大幅值对应的场图值集合；对每一个分块尺度下每一个子块均进行上述场图初始化，将每一个分块尺度下所有子块的场图值集合合并在一起，即得到该分块尺度下的初始场图值集合；(3b)场图的更新对上述初始场图值集合进行低通滤波，且对于下面每一步迭代后得到的场图值集合均进行低通滤波处理；然后以每一个像素点的场图值为初始值，对图像内所有像素点的两个场图候选解再次进行选取，选取规则为像素点场图候选解与初始值差值的幅值距离最小；并记录场图值发生改变的像素点的个数N；(3c)迭代更新场图重复步骤(3b)，直至N小于一定的数值或在数次迭代中均固定在某一数值则迭代停止，得到一组场图；对应于多组分块尺度，经过步骤(3a)、(3b)和(3c)得到多组的场图。8.根据权利要求7所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，在步骤(3c)中，N为像素点个数的8％-10％。9.根据权利要求7所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，步骤(4)根据以下执行：(4a)场图合并将所述多组场图进行合并得到一幅场图，具体实现方式是：如果像素点在所有的场图中具有相同的数值，则该保留该像素点的场图值；如果像素点在所有的场图中具有不同的数值，则该像素点的场图值重新置0。10.根据权利要求9所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，步骤(5)根据以下执行：对合并的场图中置0像素点的场图值重复步骤(3b)和(3c)，得到最终的场图。11.根据权利要求10所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，步骤(6)根据以下执行：利用得到的最终场图，进行平滑处理，然后计算得到水图和另一成分的图。12.根据权利要求2-11中任一项所述的磁共振化学位移编码成像方法，其特征在于，所述另一成分为脂肪。13.一种磁共振化学位移编码成像装置，其特征在于，其包括：场图候选解求解模块，其从二维原始磁共振图像求得该图像的两组场图候选解；场图候选解分割模块，其在预先定义的不同的分块尺度下，将在场图候选解求解模块中求得的前述两组场图候选解分别分割为不交叠的子块；局部迭代场图提取模块，其在场图候选解分割模块定义的每一个分块尺度下分别采用局部迭代场图提取算法处理在场图候选解分割模块中获得的场图候选解子块，得到相应的原始图像空间下的场图；场图合并模块，其将在局部迭代场图提取模块中各个分块尺度下得到的场图合并，保留具有相同场图值的像素点的场图值，其余像素点的场图值置0；最终场图获取模块，其利用局部迭代场图提取算法对在场图合并模块中置0像素点的场图值进行选取，得到最终场图；图像分离模块，其对在最终场图获取模块中得到的最终场图进行平滑处理，分离原始磁共振图像，得到准确的各待分离成分的图。14.根据权利要求13所述的磁共振化学位移编码成像装置，其特征在于，所述待分离成分为水和另一成分。15.根据权利要求14所述的磁共振化学位移编码成像装置，其特征在于，所述场图候选解求解模块包括：描述各像素点场图值拟合误差曲线模块，其描述二维原始磁共振图像中每个像素点的场图值拟合误差曲线；以及获取各像素点场图候选解模块，其根据所述场图值拟合误差曲线寻找使之达到局部极小值的所有场图值。16.根据权利要求15所述的磁共振化学位移编码成像装置，其特征在于，所述场图候选解分割模块根据预先定义的分块尺度值将二维原始磁共振图像进行分块，得到的每一组...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑海荣，刘新，邹超，程传力，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44