一种磁共振影像的二维几何校正方法与流程

本发明涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种磁共振影像的二维几何校正的算法。

背景技术：

磁共振影像的二维几何校正的算法是一种把在磁共振中几何形状上发生失真的影像进行校正的一种数字影像处理算法。几何失真在电视屏幕边缘、相机镜头边缘部分和磁共振影像中广泛存在，本发明特指磁共振影像的几何失真。磁共振影像的几何失真主要由于磁共振成像仪器硬件上产生梯度场非线性导致的，在越远离磁体中心的区域失真越严重，同时根据个人的体型差距也有很大的差异。磁共振影像的几何校正算法对医学诊断具有很大的帮助。

解决磁共振影像的几何失真问题的通常算法是利用磁共振进行成像实验，采用合适的算法估算控制点的形变量，进而利用数字影像处理的几何变换进行几何校正。其中比较有代表性的就是王德民提出的王德明的算法，这种算法根据磁共振影像控制点的位置信息可以预知的特点，利用控制点真实位置为确定影像中控制点的位置初步定位，在这个位置附近精确寻找控制点在影像中的位置。但是，当影像的视野较大时，影像形变也较大，控制点可能从所在的行变形到另外一行，这时上述算法将不能有效地提取相应的控制点，有可能会将另外一行的横向和纵向控制点作为当前行的控制点，这是第一个缺陷，对于形变量小的控制点用该算法能够进行初步定位，对于形变量大的点，进行初步定位时，得到的点是相邻行的点或者相邻列的点；这种几何校正算法采用单纯的插值算法不能估算控制点覆盖范围以外的形变量，这是第二个缺陷。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术中无法有效提取磁共振影像控制点和无法估算磁共振影像控制点覆盖范围以外的形变场等缺陷，提出了一种磁共振影像的几何校正的算法，包括：

步骤一：利用磁共振成像影像，利用水模，采集实验数据、记录水模的网格点的数量与位置信息，作为影像初始横向和纵向的控制点的数量与位置信息；

步骤二：利用磁共振影像的水模效果的不同区域采集多幅水模影像，提取每幅所述影像中的控制点的数量与位置信息，所述横向与纵向控制点的位置信息是所述影像中的控制点在影像形变后的位置；影像的控制点对应于所述水模影像的横向与纵向的拉伸网格点；

步骤三：根据磁共振影像的不同区域组合所述多幅影像，计算所述横向与纵向拉伸网格点即所述控制点的位置信息及形变量，并根据所述形变量估算形变场；

步骤四：根据形变场，利用改进的自动调窗算法修正存在几何形变的磁共振影像。

其中，所述步骤二中利用磁共振水模影像中磁共振影像失真控制点的数量及位置信息的步骤包括：

步骤a1：采用十字形模板对所述磁共振水模影像进行卷积处理，用于突出网格交叉点中心的信号，便于后续步骤确定准确的磁共振影像控制点位置；

步骤a2：设置阈值滤除所述水模影像的背景，将小于所述阈值的背景的控制点初始值设置为0；

步骤a3：根据磁共振水模影像内一定尺寸的矩形窗范围内的亮度最大值为控制点，记录所述控制点的数量与位置信息；

步骤a4：若所述磁共振影像控制点的数量大于所述网格点的数量，则提高阈值并重新执行步骤a2；若所述控制点的数量小于所述网格点的数量，则降低阈值并重新执行步骤a2；若所述控制点的数量等于所述网格点的数量，则完成提取控制点的数量与位置信息。

其中，所述步骤三中，对磁共振水模影像控制点范围以内的各所述控制点的形变量采用双线性插值的算法估算每一控制点的横向与纵向变量，从而形成形变场；对于所述横向与纵向控制点范围以外的各点采用最小二乘法进行拟合估算每一控制点的失真程度，最终形成含有失真值的形变场。

其中，所述步骤四中修正磁共振影像的步骤是利用所述存在几何失真的磁共振影像二维几何校正算法结合自动调窗算法计算最终影像(即校正后的影像)上的每个像素点强度的过程，具体包括：

步骤c1：对于所述最终影像上的一个控制点，依据所述形变场计算所述其对应于所述存在几何形变的磁共振影像中的位置；

步骤c2：将所述最终磁共振水模影像上个控制点赋值为所述存在几何形变的磁共振影像中形变位置的具体值；

步骤c3：重复执行所述步骤c1至步骤c2，直至所述最终影像上所有控制点都被处理后终止。

其中，当所述控制点真实位置超过所述磁共振影像时，所述像素点的变量值赋值为0。

其中，当所述横向和纵向控制点真实位置在影像范围内，但同时又超出了形变场及失真描述的范围，则在所述像素点的邻近区域选取至少两个失真数据点，采用最小二乘法线性拟合得到所述像素点的形变位置。这是本发明的第二个创新点。

其中，所述二维几何校正算法使用最小二乘法的公式如下表示：

f(x，y)＝bx+y+a

式中，x表示形变位置的横坐标，y表示形变位置的纵坐标，xi，yi表示拟合的数值。

本发明在磁共振水模影像控制点的提取上采用局部最大值的迭代搜索算法，克服了常规算法难以提取形变量较大的控制点的缺陷；本发明中对于控制点范围以外的区域采用最小二乘法线性拟合的算法估算形变场，有效克服了常规算法中区域条件限制的不足，取得较好的校正效果。

附图说明

图1是本发明二维几何校正算法的流程图。

图2是水模数据采集过程中采用的定位板的示意图。

图3是本实施例中处理水模影像的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

本发明的磁共振影像的二维几何校正的算法流程,如图1所示,包括：

步骤一：根据磁共振影像形成水模，并记录磁共振水模影像的网格点的数量与位置信息，作为初始磁共振影像模拟控制点的数量与位置信息，这里选择网格点作为控制点。

步骤二：利用磁共振水模影像根据磁共振成像的不同区域采集多幅磁共振水模影像，提取每幅磁共振水模影像中的控制点的数量与位置信息；磁共振水模影像的控制点对应于各个水模的网格点。

步骤三：根据磁共振成像的不同区域组合多幅磁共振水模影像，计算网格点的位置信息与控制点的位置信息之间的形变量，即失真效果，并根据形变量估算形变场。

步骤四：根据形变场，修正磁共振水模影像。

本实施例中，根据磁共振影像设计的磁共振水模影像的内尺寸为190mm*190mm*190mm，外尺寸为210mm*210mm*210mm，水溶液填充水模形成18行18列，选择网格点为控制点，经过将磁共振水模影像拼接在一起之后，网格点的个数为324个。

本实施例中，优选地以主磁场的方向为纵深方向，人体左右方向为x轴方向，人体前后方向为y轴方向，如图2所示。实验分为四次进行，水模摆放以此摆放在仪器的床面与磁体中心定位线的交叉点所在的位置o的左上、左下、右上、右下四个位置，并确保能无间隙地拼接在一起。四次磁共振水模影像实验均在西门子3.0t磁共振扫描仪上采用相同的成像协议完成。从四次实验数据中分别选择y＝0层的四幅水模影像。磁共振水模影像的324*4个控制点覆盖了以磁体中心为中心的y＝0平面上380mm*380mm的范围。随后通过以下步骤对取得的水模影像进行处理，包括：

步骤a1：采用3行9列和9行3列的十字形模板的归一化的均值模板对磁共振水模影像进行卷积，加重网格点上的变量值。

步骤a2：设置阈值t滤除磁共振水模影像的背景，将小于阈值t的背景的变量值设为0。

步骤a3：结合磁共振水模影像上在一定尺寸的矩形窗范围内的亮度最大值为控制点，记录控制点的数量与位置信息。矩形范围为自动调窗窗口w*wmm的矩形范围，本实施例中控制点之间的间隔在理论上为10mm*10mm，因此设置w＝9。从而每个矩形范围内只会存在一个控制点，求取该矩形范围内亮度值最高为控制点。对控制点进行从上到下，从左到右排序，保存横向与纵向控制点的位置。

步骤a4：若磁共振水模影像控制点的数量大于网格点的数量，则提高阈值t并重新执行步骤a2；若控制点的数量小于网格点的数量，则降低阈值并重新执行步骤a2；若磁共振影像控制点的数量等于，则完成提取控制点的数量与位置信息。

本发明中估算形变场的步骤包括步骤b：对控制点覆盖范围以内的各点结合形变量采用双线型插值的方法估算形变场；对于控制点范围以外的各点采用最小二乘法进行拟合估算形变场。其中，控制点范围是最外围的控制点所围成的区域。

本发明中步骤四中校正磁共振影像的步骤是利用存在几何形变的磁共振影像计算最终影像(即校正后的影像)上的每个控制点的过程，具体包括：

步骤c1：对于最终影像上的一个像素点，依据形变场计算其对应于存在几何形变的磁共振影像中的位置；

步骤c2：将最终磁共振影像上像素点的变量值赋值为存在几何形变的磁共振影像中形变位置的变量值；

步骤c3：重复执行步骤c1至步骤c2，直至最终影像上所有像素点都被处理后终止。

其中，当横向与纵向控制点形变位置超过磁共振水模影像时，控制点的变量值赋值为0。

其中，当横向与纵向控制点的真实位置超出了形变场的范围，则在不同控制点的邻近区域选取至少两个形变场的数据点。本实施例中选用10个形变场的数据点，采用最小二乘法线性拟合得到控制点的形变位置。控制点范围内的点采用磁共振影像自动的二维几何校正的算法校正，控制点范围以外的点采用控制点边界的形变量等值外延的校正结果。

经过以上步骤得到的结果，采用本发明磁共振影像的二维几何校正的方算法校正之后的结果。采集得到的校正的结果图相比，在偏离磁体中心较远的地方具有更好的校正效果，几何形变本身会引起变量不均，需要对影像进行灰度校正以及影像加强等操作，当前的几何校正算法已经将变量校正引入在几何校正当中，本发明的主旨在于几何校正算法的改进。

实施例：

本实施例将磁共振水模影像摆在如图2所示的定位板的左上位置，水模的外轮廊与十字标位线贴合，采用的扫描序列为tr_mpr_tra_p2_iso，体素为1.0mm*1.0mm*1.0mm，影像尺寸为：256mm*256*mm，影像中心偏离磁体中心r101.7mm，p18.8mm，h101.0mm，采集的层数为144，得到数据集data1。

将磁共振水模影像摆在如图2所示的定位板的右上位置，磁共振水模影像的外轮廊与十字标位线贴合，采用的扫描序列为tr_mpr_tra_p2_iso，体素为1.0mm*1.0mm*1.0mm，影像尺寸为：256mm*256*mm，影像中心偏离磁体中心l120.7mm，p18.8mm，h109.0mm，采集的层数为144，得到数据集data2。

将磁共振水模影像摆在如图2所示的定位板的右下位置，磁共振水模影像的外轮廊与十字标位线贴合，采用的扫描序列为tr_mpr_tra_p2_iso，体素为1.0mm*1.0mm*1.0mm，影像尺寸为：256mm*256*mm，影像中心偏离磁体中心l120.7mm，p18.8mm，f118.0mm，采集的层数为144，得到数据集data3。

将磁共振水模影像摆在如图2所示的定位板图的左下位置，磁共振水模影像的外轮廊与十字标位线贴合，采用的扫描序列为tr_mpr_tra_p2_iso，体素为1.0mm*1.0mm*1.0mm，影像尺寸为：256mm*256*mm，影像中心偏离磁体中心r123.7mm，a12.3mm，f123.7mm，采集的层数为144，得到数据集data4。

根据影像自带的参数信息slicelocation(层位置)选择data1当中y＝0所在的数据层，按照本发明步骤二提取324个控制点，根据参数影像像素间距和影像方位获得324个控制点形变之后的位置p2。以磁体中心为原点，控制点的准确位置p1是可以测量得到。左上部分324个控制点的形变量可以根据公式d＝p1-p2计算得到。

将以上获得的四个磁共振水模影像的形变量存放在一个矩阵地图当中，存放的具体方式为：假设矩阵中两个数据之间为1mm两个同一幅影像中的两个相邻控制点之间的间隔为9个数据点，相邻两幅影像如左上和右上，左上水模图提取的最右边的控制点距离右上磁共振水模影像提取的最左边控制点的间隔为40mm，间隔39个数据点。控制点之间的数据点的值利用邻近的数据点采用双线性插值的方式进行填充。公式如下所示

其中，q11(x1，y1)、q21(x2，y1)、q12(x1，y2)、q22(x2，y2)为位置处于矩形框的四个角点，i(x，y)指处于(x，y)位置的变量值，x、y为矩形内部点的横纵坐标。例如i(q11(1,2))＝1、i(q21(2,2))＝2、i(q12(1，1))＝3、i(q22(2，1))＝4,利于公式计算可以得到

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。