專利名稱：基于迭代投影的mri圖像重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，具體地說是一種在迭代投影的框架下，結(jié)合全變差TV 濾波方法和小波域雙變量閾值濾波方法來重構(gòu)MRI圖像的方法。該發(fā)明可用于解決核磁共振成像速度較慢，并且在采樣率有限的情況下，提高重構(gòu)圖像質(zhì)量和視覺效果的問題。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的醫(yī)療實(shí)踐中，核磁共振成像MRI是繼CT后醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一重大進(jìn)步。 MRI成像是一種生物磁自旋技術(shù)，由于氫原子在人體內(nèi)遍布全身，他在外加的強(qiáng)磁場(chǎng)中受到射頻脈沖的激發(fā)，產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象。經(jīng)過特殊的空間編碼技術(shù)，用探測(cè)器檢測(cè)到并接收以電磁形式放出的核磁共振信號(hào)。自80年代應(yīng)用以來，它以極快的速度得到發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，成為一項(xiàng)常規(guī)的醫(yī)學(xué)檢測(cè)手段，廣泛應(yīng)用于帕金森氏癥、多發(fā)性硬化癥等腦部與脊椎病以及癌癥的治療和診斷。MRI是一項(xiàng)非常重要的醫(yī)療成像工具，加快其成像速度一直是研究的熱點(diǎn)問題，從技術(shù)和生理角度考慮，許多研究者正在尋求通過獲得少量觀測(cè)值來加快成像速度的方法，最近發(fā)展的壓縮傳感理論表明若圖像在某個(gè)變換域具有稀疏表示，則通過求解一個(gè)凸優(yōu)化的LI最小化問題，就可由隨機(jī)欠采樣的傅立葉系數(shù)來進(jìn)行重構(gòu)。由于大部分核磁共振圖像在某一變換領(lǐng)域都具有稀疏表示(如空間有限差分和小波變換域等)， 滿足了壓縮傳感圖像重構(gòu)的要求，因此在MRI中結(jié)合壓縮感知理論來加快成像速度引起了人們的極大興趣?；趬嚎s感知的MRI重構(gòu)算法利用MRI稀疏表示和局部光滑的先驗(yàn)知識(shí)，通過求解相應(yīng)的優(yōu)化問題來實(shí)現(xiàn)重構(gòu)。目前已有多種算法解決此類優(yōu)化問題。Lusting等提出了 SparseMRI (Sparse MRI Reconstruction)算法,采用非線性共軛梯度和線性回搠的思想求解 MRI 重構(gòu)問題，Shi 等提出了 TVCMRI (An Efficient Algorithm for Compressed MR Imaging Using Total Variation and Wavelets)算法,將MRI圖像局部光滑特性和稀疏的先驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合，利用凸函數(shù)和它共軛函數(shù)的關(guān)系特性將優(yōu)化問題裂解，并采用固定點(diǎn)迭代算法來求解裂解后的優(yōu)化問題實(shí)現(xiàn)MRI的圖像重構(gòu)。以上兩種方法雖然都是將MRI圖像局部光滑特性和稀疏的先驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合，但仍然存在重構(gòu)效果差，且求解過程復(fù)雜，不利于硬件實(shí)現(xiàn)的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，在欠奈奎斯特采樣的低速采樣率下，將MRI圖像局部光滑特性和稀疏的先驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合，提出一種基于迭代投影的MRI圖像重構(gòu)方法，以縮短成像時(shí)間、提高圖像質(zhì)量、并利于硬件實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是先選擇一些具有代表性的MRI圖像作為原始圖像， 用傅里葉欠采樣矩陣對(duì)原始MRI圖像進(jìn)行觀測(cè)采樣，對(duì)觀測(cè)值逆傅里葉變換得到初始解， 結(jié)合全變差TV濾波方法和小波域雙變量閾值濾波方法對(duì)初始解進(jìn)行優(yōu)化，然后在凸集投影的原理下交替迭代，實(shí)現(xiàn)圖像重構(gòu)，具體實(shí)現(xiàn)步驟包括如下
(I)對(duì)MRI圖像X進(jìn)行傅里葉變換，得到變換系數(shù)xf = DFT (x)，用變密度欠采樣觀測(cè)矩陣φ對(duì)圖像X的傅里葉變換系數(shù)Xf進(jìn)行觀測(cè)采樣，獲得傅里葉域的觀測(cè)值y = φχ ； 對(duì)觀測(cè)值I進(jìn)行傅里葉反變換得到MRI圖像X的初始值x° = DFT—1 (y)；(2)結(jié)合MRI圖像局部光滑特性和小波域稀疏的先驗(yàn)知識(shí)，將MRI圖像x的初始值 X0用全變差方法進(jìn)行濾波，然后用小波域雙變量閾值方法對(duì)該濾波結(jié)果Xtv進(jìn)行優(yōu)化，得到 MRI圖像X的優(yōu)化結(jié)果Xf ；(3)對(duì)優(yōu)化結(jié)果X'進(jìn)行投影，得到投影結(jié)果Χ* = Χ' +Φτ(γ-Φχ/ )，并判斷χ*
是否滿足迭代終止條件|D(i+1)-D(i) I < 10_5，其中
權(quán)利要求
1.一種基于迭代投影的核磁共振MRI圖像重構(gòu)方法，包括如下步驟(1)對(duì)MRI圖像X進(jìn)行傅里葉變換，得到變換系數(shù)xf= DFT(X)，用變密度欠采樣觀測(cè)矩陣Φ對(duì)圖像X的傅里葉變換系數(shù)Xf進(jìn)行觀測(cè)采樣，獲得傅里葉域的觀測(cè)值y = Oxf，對(duì)觀測(cè)值I進(jìn)行傅里葉反變換得到MRI圖像X的初始值x° = DFT—1 (y)；(2)結(jié)合MRI圖像局部光滑特性和小波域稀疏的先驗(yàn)知識(shí)，將MRI圖像X的初始值x°用全變差方法進(jìn)行濾波，然后用小波域雙變量閾值方法對(duì)該濾波結(jié)果Xtv進(jìn)行優(yōu)化，得到MRI 圖像X的優(yōu)化結(jié)果V ；(3)對(duì)優(yōu)化結(jié)果X'進(jìn)行投影，得到投影結(jié)果Z= X' +Φτ(γ-Φχ/ )，并判斷χ*是否滿足迭代終止條件|D(i+1)-D(i) I < 10_5，其中
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于迭代投影的MRI圖像重構(gòu)方法，其中步驟(2)所述的用小波域雙變量閾值方法對(duì)全變差濾波結(jié)果Xtv進(jìn)行優(yōu)化，按如下步驟進(jìn)行(Jf2+/P22. I)選職變量賺為
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于迭代投影的核磁共振圖像重構(gòu)方法，主要克服已有技術(shù)重構(gòu)圖像速度慢，重構(gòu)圖像質(zhì)量低，不利于硬件實(shí)現(xiàn)的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟為(1)對(duì)圖像進(jìn)行傅里葉變換，對(duì)變換系數(shù)用變密度欠采樣矩陣進(jìn)行觀測(cè)采樣，獲得觀測(cè)值，對(duì)觀測(cè)值逆傅里葉變換得到初始解；(2)將得到的初始解用全變差方法進(jìn)行濾波，再使用小波域雙變量閾值方法對(duì)全變差方法濾波結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化；(3)對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行投影，判斷終止條件，最終得到最優(yōu)解，輸出重構(gòu)圖像。本發(fā)明具有重構(gòu)圖像時(shí)間短，重構(gòu)圖像邊緣細(xì)節(jié)清晰，利于硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，可用于核磁共振儀器的成像系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102609905SQ201210007708
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月2日
發(fā)明者張小華, 張揚(yáng), 焦李成, 王尚禮, 王爽, 田小林, 鐘樺 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)