磁共振彌散張量成像的去噪方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及了磁共振成像技術，特別是涉及一種磁共振彌散張量成像的去噪方法 和系統。
【背景技術】
[0002] 彌散張量成像（Diffusion Tensor Imaging DTI)是在彌散加權成像（Diffusion Weighted Imaging DWI)基礎上發展起來的新的成像方法，其利用水分子的彌散各向異性 進行成像，可無損的從微觀領域評價組織結構的完整性，為疾病的預防、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，DTI需要較長的掃描時間，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空間采樣區域的方法。這些方法在實際中有一定的應用，但會增加掃描時間和影響 空間分辨率。另一種常見的方法是在獲取K空間掃描數據后，首先重建出彌散加權圖像，然 后再運用信號處理的方法對圖像進行去噪，最后，通過去噪后的圖像計算彌散張量及各種 彌散參數，用以生成彌散張量成像圖。該方法應用較廣，但圖像去噪過程中的系統誤差有可 能會進一步傳遞到后續的張量計算中，進而影響各種彌散參數圖像的質量。
【發明內容】
[0004] 基于此，有必要針對現有技術中的問題，提供一種磁共振彌散張量成像的去噪方 法和系統，其可以避免圖像去噪的誤差對彌散張量估計的影響，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精度。
[0005] 本發明提供了一種磁共振彌散張量成像的去噪方法，其包括：
[0006] 圖像數據獲取步驟：獲取磁共振彌散加權圖像所對應的K空間數據；
[0007] 去噪步驟：基于磁共振彌散加權成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質，利用平均 彌散率的稀疏性，采用最大后驗概率估計的方法由所述K空間數據獲得每一個空間位置所 對應的去噪后的彌散張量矩陣；
[0008] 彌散參數計算步驟：基于所述去噪后的彌散張量矩陣，獲得彌散參數圖。
[0009] 在其中一個實施例中，所述去噪步驟包括：
[0010] 基于磁共振彌散加權成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質，利用平均彌散率的稀 疏性，采用最大后驗概率估計的方法構建去噪函數模型，所述去噪函數模型參見如下述公 式⑴：
【主權項】
1. 一種磁共振彌散張量成像的去噪方法，其包括： 圖像數據獲取步驟；獲取磁共振彌散加權圖像所對應的K空間數據； 去噪步驟；基于磁共振彌散加權成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質，利用平均彌散 率的稀疏性，采用最大后驗概率估計的方法由所述K空間數據獲得每一個空間位置所對應 的去噪后的彌散張量矩陣； 彌散參數計算步驟；基于所述去噪后的彌散張量矩陣，獲得彌散參數圖。
2. 根據權利要求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成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質，利用平均彌散率的稀疏 性，采用最大后驗概率估計的方法構建去噪函數模型，所述去噪函數模型參見如下述公式 (1)：
其中，D表示彌散張量矩陣的估計值，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，A為相應的正則化參數；dm為第m個彌散加權圖像所對應的K空間數據；F 表示傅立葉編碼矩陣；表示第m個彌散加權圖像，其中，I。表示無彌散加權的參 考圖像，0。|為第m個彌散加權圖像的相位，b是彌散加權因子，gm是第m個彌散加權圖像所 對應的彌散梯度向量gm = (g ?，gym, gzm) T ; 利用所述K空間數據，求解所述公式（1)，獲得每一個空間位置所對應的去噪后的彌散 張量矩陣。
3. 根據權利要求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 束函數約束平均彌散率的稀疏性。
4. 根據權利要求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 束函數利用L1范函來約束平均彌散率在稀疏變換域內的稀疏性。
5. 根據權利要求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 束函數通過調用W下公式來計算獲得：
其中，W表示稀疏變換運算符，I I □ I |i表示取Li范數，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，其特征在于，所述系統包括： 圖像數據獲取模塊，用于獲取磁共振彌散加權圖像所對應的K空間數據； 去噪模塊，用于基于磁共振彌散加權成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質，利用平均 彌散率的稀疏性，采用最大后驗概率估計的方法由所述K空間數據獲得每一個空間位置所 對應的去噪后的彌散張量矩陣；及 彌散參數計算模塊，用于基于所述去噪后的彌散張量矩陣，獲得彌散參數圖。
7. 根據權利要求6所述的磁共振彌散張量成像的去噪系統，其特征在于，所述去噪模
塊包括： 模型構建單元，用于基于磁共振彌散加權成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質，利用 平均彌散率的稀疏性，采用最大后驗概率估計的方法構建去噪函數模型，所述去噪函數模 型參見如下述公式（1):
其中，D表示彌散張量矩陣的估計值，MD為平均彌散率；R( □)是作用于平均彌散率的 稀疏約束函數，A為相應的正則化參數；dm為第m個彌散加權圖像所對應的K空間數據；F 表示傅立葉編碼矩陣；表示第m個彌散加權圖像，其中，I。表示無彌散加權的參 考圖像，奶為第m個彌散加權圖像的相位，b是彌散加權因子，gm是第m個彌散加權圖像所 對應的彌散梯度向量gm= 矩陣求解單元，用于利用所述K空間數據，求解所述公式（1)，獲得每一個空間位置所 對應的去噪后的彌散張量矩陣。
8. 根據權利要求7所述的磁共振彌散張量成像的去噪系統，其特征在于，所述稀疏約 束函數約束平均彌散率的稀疏性。
9. 根據權利要求7所述的磁共振彌散張量成像的去噪系統，其特征在于，所述稀疏約 束函數利用Li范函來約束平均彌散率在稀疏變換域內的稀疏性。
10. 根據權利要求7所述的磁共振彌散張量成像的去噪系統，其特征在于， 所述稀疏約束函數通過調用W下公式來計算獲得：
? 1 其中，W表示稀疏變換運算符，I I □ I |i表示取Li范數，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】本發明提供了一種磁共振彌散張量成像的去噪方法和系統，其方法基于磁共振彌散加權成像模型和采樣噪聲的高斯分布性質，利用平均彌散率的稀疏性，采用最大后驗概率估計的方法直接由K空間數據獲得每一個空間位置所對應的去噪后的彌散張量矩陣。本發明可以避免圖像去噪的誤差對彌散張量估計的影響，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精度。
【IPC分類】A61B5-055, G06T5-00
【公開號】CN104599244
【申請號】CN201410816610
【發明人】彭璽, 梁棟, 劉新, 鄭海榮
【申請人】中國科學院深圳先進技術研究院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月23日