專利名稱：質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法。
背景技術(shù)：
質(zhì)子磁共振波譜(1HMRS, IH Magnetic Resonance Spectroscopy)成像設(shè)備采集的信號(hào)來自IH原子受激輻射的電磁波，由于人體中水分含量極大，故而收到的共振信號(hào)中，水分子的信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其他物質(zhì)的信號(hào)強(qiáng)度，它們的頻譜峰值比約為一萬倍左右，即便經(jīng)過信號(hào)采集過程中發(fā)射的抑水脈沖作用，仍有兩百倍左右的頻譜峰值比，嚴(yán)重干擾了對(duì)感興趣的化合物的濃度分析，所以去除共振信號(hào)中的水峰是對(duì)感興趣的化合物代謝變化進(jìn)行分析的前提。 目前磁共振波譜的水峰抑制方法主要有兩種HLSVD (Hankel Lanczos SingularValue Decomposition)和小波變換方法。HLSVD方法可以將信號(hào)在時(shí)域上分為若干指數(shù)衰減函數(shù)的疊加，而物質(zhì)峰的理論模型在時(shí)域上正是指數(shù)衰減函數(shù)，將水也視作為一種物質(zhì)，則可以像其他物質(zhì)一樣經(jīng)HLSVD分離出來，只要再將分離出的水峰減去即可。小波變換方法則可以將信號(hào)在頻域上分解到若干頻帶，去掉水峰所在的頻帶，并將剩余的子帶做反變換即可得到去除水峰的信號(hào)了。但是，HLSVD和小波變換方法也有不足之處。其中，HLSVD方法是一種模型擬合方法，該方法獲得有效結(jié)果的前提是信號(hào)滿足理論模型。然而受不同測量環(huán)境及抑水脈沖的影響，水峰的形狀千差萬別，甚至用幾個(gè)指數(shù)衰減函數(shù)都不能完全的表示，這時(shí)按照原本的方法計(jì)算，水峰就會(huì)有較大殘留，影響后續(xù)的定
量處理。小波變換方法的基礎(chǔ)是子帶濾波，然而實(shí)際處理結(jié)果對(duì)于子帶的選擇非常敏感，保留或是去掉一層小波，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果有很大變化，所以如果測量參數(shù)改變導(dǎo)致頻譜的范圍有所變化，需要重新選擇子帶，造成計(jì)算操作上的困難，也不能保證計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性，不利于跟蹤研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法，用于解決目前常用的水峰處理方法存在的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法，其特征是所述方法包括步驟I :對(duì)質(zhì)子磁共振波譜采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列；步驟2 :提取質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中的水峰的頻譜分布特征點(diǎn)，得到水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列；步驟3 :比較水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列和質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列，在水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列相對(duì)于質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列缺少頻率的位置插入頻率和該頻率對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，得到重構(gòu)的水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列；步驟4:從質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中減去重構(gòu)的水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理。所述步驟2采用下凸函數(shù)檢測法，包括步驟201 :在質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中，獲取水峰峰值位置左側(cè)和右側(cè)兩個(gè)設(shè)定區(qū)域；步驟202 :對(duì)于水峰峰值位置左側(cè)和右側(cè)兩個(gè)設(shè)定區(qū)域，按照頻率序號(hào)由低到高 的順序檢測每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，將不滿足下凸函數(shù)條件的頻率和其對(duì)應(yīng)的信號(hào)值從質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中刪除，從而得到水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列；所述下凸函數(shù)條件為(fi+1-fi)* a[fi_1] + (fi-fi_1) · a[fi+1]彡(fi+rU * aifj ,其中fH，fi； fi+1分別是序號(hào)為i_l，i和i+1的頻率，BtfiJ, a[fJ和a[fi+1]分別是頻率fH，fi和fi+i對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。所述步驟2采用折線近似法，包括步驟301 :將質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列分為3個(gè)區(qū)域，即左側(cè)區(qū)域、中間區(qū)域和右側(cè)區(qū)域；其中，中間區(qū)域滿足(I)包含水峰峰值；(2)區(qū)域內(nèi)水峰峰值以左單調(diào)增右側(cè)單調(diào)減；步驟302 :對(duì)于每一個(gè)設(shè)定區(qū)域，取設(shè)定區(qū)域的兩個(gè)端點(diǎn)位置的頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，做一條連接兩個(gè)信號(hào)值的線段，作為近似折線；步驟303 :在相應(yīng)設(shè)定區(qū)域的每個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信號(hào)值中，尋找距離近似折線最遠(yuǎn)的信號(hào)值；步驟304 :將距離近似折線最遠(yuǎn)的信號(hào)值加入近似折線，形成兩條近似折線；步驟305 :對(duì)每條近似折線，重復(fù)執(zhí)行步驟303-304設(shè)定次數(shù)，得到近似折線段族，折線段族的端點(diǎn)構(gòu)成初步的水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列；步驟306 :對(duì)于折線段族上除兩頭端點(diǎn)外的點(diǎn)，如果左側(cè)折線段的斜率小于O而右側(cè)折線段的斜率大于0，則保留該點(diǎn)，如不符合此條件則刪除該點(diǎn)，將保留下來的點(diǎn)重新連線，得到更新的折線段族；步驟307 :對(duì)于折線段族上除兩頭端點(diǎn)外的點(diǎn)，如果左側(cè)折線段的斜率Ic1大于O而右側(cè)折線段的斜率k2小于0，并且左側(cè)折線段的斜率Ic1和右側(cè)折線段的斜率k2滿足條件￥2〈-1時(shí)，則刪除該點(diǎn)，并將剩下的點(diǎn)重新連線，得到更新的折線族；步驟308 :對(duì)于折線段族上除兩頭端點(diǎn)外的點(diǎn)，如果左側(cè)折線段的斜率Ic1小于O而右側(cè)折線段的斜率k2大于0，并且左側(cè)折線段的斜率Ic1和右側(cè)折線段的斜率k2滿足條件kik2〈-l時(shí)，則刪除該點(diǎn)，并將剩下的點(diǎn)重新連線，得到更新的折線段族；步驟309 :判斷折線段族中相鄰的兩條折線段的斜率乘積是否小于-1，如果相鄰的兩條折線段的斜率乘積小于-1，則重復(fù)進(jìn)行步驟307與308直至折線段族中相鄰的兩條折線段的斜率乘積都大于等于-1，最后保留下來的點(diǎn)組成的序列即為水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列。所述在水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列相對(duì)于質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列缺少頻點(diǎn)的位置插入信號(hào)值采用線性插值法，其公式為
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法，其特征是所述方法包括 步驟I:對(duì)質(zhì)子磁共振波譜成像設(shè)備采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列； 步驟2 :提取質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中的水峰的頻譜分布特征點(diǎn)，得到水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列； 步驟3 比較水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列和質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列，在水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列相對(duì)于質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列缺少頻率的位置插入頻率和該頻率對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，得到重構(gòu)的水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列； 步驟4 :從質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中減去重構(gòu)的水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法，其特征是所述步驟2采用下凸函數(shù)檢測法，包括 步驟201 :在質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中，獲取水峰峰值位置左側(cè)和右側(cè)兩個(gè)設(shè)定區(qū)域； 步驟202 :對(duì)于水峰峰值位置左側(cè)和右側(cè)兩個(gè)設(shè)定區(qū)域，按照頻率序號(hào)由低到高的順序檢測每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，將不滿足下凸函數(shù)條件的頻率和其對(duì)應(yīng)的信號(hào)值從質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中刪除，從而得到水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列； 所述下凸函數(shù)條件為(fi+1-fi) * a[fi_1] + (fi-fi_1) · a[fi+1] ^ K1) 1 ],其中fi-1； fi，fi+1分別是序號(hào)為i_l，i和i+1的頻率，a[fi_J，a[fj和a[fi+1]分別是頻率f^,fi和fi+1對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法，其特征是所述步驟2采用折線近似法，包括 步驟301 :將質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列分為3個(gè)區(qū)域，即左側(cè)區(qū)域、中間區(qū)域和右側(cè)區(qū)域；其中，中間區(qū)域滿足 (1)包含水峰峰值； (2)區(qū)域內(nèi)水峰峰值以左單調(diào)增右側(cè)單調(diào)減； 步驟302 :對(duì)于每一個(gè)設(shè)定區(qū)域，取設(shè)定區(qū)域的兩個(gè)端點(diǎn)位置的頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，做一條連接兩個(gè)信號(hào)值的線段，作為近似折線； 步驟303 :在相應(yīng)設(shè)定區(qū)域的每個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信號(hào)值中，尋找距離近似折線最遠(yuǎn)的信號(hào)值； 步驟304 :將距離近似折線最遠(yuǎn)的信號(hào)值加入近似折線，形成兩條近似折線； 步驟305 :對(duì)每條近似折線，重復(fù)執(zhí)行步驟303-304設(shè)定次數(shù)，得到近似折線段族，折線段族的端點(diǎn)構(gòu)成初步的水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列； 步驟306 :對(duì)于折線段族上除兩頭端點(diǎn)外的點(diǎn)，如果左側(cè)折線段的斜率小于O而右側(cè)折線段的斜率大于0，則保留該點(diǎn)，如不符合此條件則刪除該點(diǎn)，將保留下來的點(diǎn)重新連線，得到更新的折線段族； 步驟307:對(duì)于折線段族上除兩頭端點(diǎn)外的點(diǎn)，如果左側(cè)折線段的斜率Ic1大于O而右側(cè)折線段的斜率k2小于0，并且左側(cè)折線段的斜率Ic1和右側(cè)折線段的斜率k2滿足條件kik2〈-l時(shí)，則刪除該點(diǎn)，并將剩下的點(diǎn)重新連線，得到更新的折線族；步驟308 :對(duì)于折線段族上除兩頭端點(diǎn)外的點(diǎn)，如果左側(cè)折線段的斜率Ic1小于0而右側(cè)折線段的斜率k2大于0，并且左側(cè)折線段的斜率Ic1和右側(cè)折線段的斜率k2滿足條件kik2〈-l時(shí)，則刪除該點(diǎn)，并將剩下的點(diǎn)重新連線，得到更新的折線段族； 步驟309 :判斷折線段族中相鄰的兩條折線段的斜率乘積是否小于-1，如果相鄰的兩條折線段的斜率乘積小于-1，則重復(fù)進(jìn)行步驟307與308直至折線段族中相鄰的兩條折線段的斜率乘積都大于等于-1，最后保留下來的點(diǎn)組成的序列即為水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法，其特征是所述在水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列相對(duì)于質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列缺少頻點(diǎn)的位置插入信號(hào)值采用線性插值法，其公式為 其中，i為水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列相對(duì)于質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列缺少頻率的位置，fi為位置i處的頻率，a' [fj為插入的信號(hào)值，fi+1和&分別為位置i+1和i_l處的頻率，a[fi+1]和aU分別為頻率fi+1和fg對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域中的一種質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理方法。包括對(duì)質(zhì)子磁共振波譜成像設(shè)備采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列；提取質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中的水峰的頻譜分布特征點(diǎn)，得到水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列；比較水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列和質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列，在水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列相對(duì)于質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列缺少頻率的位置插入頻率和該頻率對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，得到重構(gòu)的水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列；從質(zhì)子磁共振波譜原始信號(hào)序列中減去重構(gòu)的水峰頻譜分布特征點(diǎn)序列，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子磁共振波譜信號(hào)中的水峰處理。本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)，并且準(zhǔn)確性和運(yùn)算速度更具優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102805625SQ20121030152
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者竇維蓓, 李源 申請(qǐng)人:清華大學(xué)