[发明专利]基于动态跟踪技术免除运动伪影的磁共振影像方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像研究领域，是一种基于计算机视觉目标识别和追踪技术的实时校正磁共振图像采集参数从而避免采集到存在运动伪影的图像数据的方法及系统。

背景技术

磁共振成像具有无损伤，软组织对比度高，且任意方向断层等特点。同时，磁共振成像的方法灵活，可以提供不同种类反差（或者称为对比度）的图像，不仅能够提供组织形态学信息，而且能够反映活体生物组织的功能特性（水分子弥散、血流灌注、脑心理功能、铁沉积、新陈代谢水平等）及分子水平的信息，因此磁共振成像已经广泛应用于医学临床诊断。

磁共振成像的扫描时间较长，扫描过程中被扫描对象经常会有不由自主的运动，会导致运动伪影。运动伪影是磁共振影像中常见的问题，常常会严重影响成像质量，但一直以来都没有得到完善的解决。可以将MRI比作一个曝光时间数分钟的相机，如果在成像的过程中有了运动，图像就会模糊。早期的MRI运动校正方法是在数据采集完成后，使用后处理算法进行补救，通过采集数据本身的信息恢复受影响的信号。但是，如果被试在扫描过程发生了不规则运动，后处理方法不能估算合适运动模型，就无法完全去除运动模糊带来的伪影；若是扫描过程中被试活动太大甚至移出扫描层面，就好像相机拍摄时对象跑出了取景范围，任何图像后处理方法都不可能恢复图像。

较常用的实时运动矫正方法是导航回波。这种方法可以在成像过程中矫正运动伪影。该方法通常在正式数据采集之前先采集部分K空间的数据或者一个低分辨的3D图像数据，通过这些数据来估计目标的运动参数，然后修改扫描平面位置使其与被扫描物体的位置保持一致，从而去除运动伪影。但这类方法需要额外的数据采集，这将影响正式采集的信号，同时也将显著增加扫描时间，因此为了提高效率只能采集少量数据来计算运动参数，但这又将降低运动参数计算的精度，需要在精度和耗时之前权衡。另一种方法是采用一个小的磁共振线圈作为标记，固定在被试上，通过检测这个线圈中磁体中的运动情况间接判别被试的活动。但是这种方法对磁共振成像本身会有干扰，而且需要与磁共振扫描仪之间较为复杂的技术连接，因此技术上实现不太方便，需要对扫描仪平台本身做一些改动，难以在现有平台上普及。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术的不足而提出的一种基于计算机视觉的对象识别和追踪技术的磁共振影像实时运动校正和伪影消除的方法和系统，目标是通过动态自动调整成像参数，彻底去除成像过程中可能产生的运动伪影。该方法使用独立于磁共振成像的光学视频系统，通过摄像机监控对象，通过计算机视觉的对象识别和追踪技术跟踪计算对象的运动，然后将估算的运动信息实时传入到磁共振系统中，动态修改脉冲序列程序的成像参数，使扫描平面和视野与被扫描对象之间保持相对关系不变，从而总是能够获取清晰的图像数据，彻底解决被扫描者在长时间数据采集过程中因为不能保持静止而不可避免产生的运动伪影问题。与其他方法相比，第一，本方法对磁共振成像扫描的影响较小，不需要增加额外的扫描时间；第二，由于采用为机器人视觉领域较为成熟的技术，运动参数估计准确性很高；第三，本系统相对独立于磁共振扫描仪器系统，不需要对扫描仪本身进行太多技术修正，因此灵活性较大。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于动态跟踪技术免除运动伪影的磁共振影像方法和并实现了相应的系统，主要包含了如下模块：

模块一：视频识别和跟踪模块。该模块主要使用计算机视觉系统监控识别头部并监控头部运动，计算头部在三维空间的运动参数；

模块二：网络传输模块。该模块主要提供视频识别和跟踪模块与磁共振扫描控制台之间的通讯，用于传递监控计算得到的运动参数和需要的修正结果；

模块三：脉冲序列控制模块。该模块主要根据运动参数，修改脉冲序列参数，并将更新的序列参数发送到脉冲序列控制单元，调整扫描的视野、位置和平面。

其中，模块一进一步包含了四个部分，视频信号采集系统、目标和标记识别、跟踪标记物、运动跟踪计算程序。视频采集系统包含模拟双眼并构造立体视觉的两个高分辨率工业摄像头，同时采集视频信息；目标和标记识别需要从视频信号中分离背景并识别目标和标记；跟踪标记物模块将具有特殊图像纹理的标记与被跟踪物体固定在一起，并且要在视频数据流中连续串联和跟踪该标记；运动跟踪和计算程序标记物随时间变化在不同图像数据帧之间的光流，在三维空间坐标系重建对象和标记的空间立体坐标，计算对象的运动姿态并估算是否有空间运动，如果有运动，估算运动参数，并且进行不同坐标系统（扫描仪座标系统、视频座标系统、物理世界座标系统等）之间的统一和转换，最后获得被跟踪物体的空间运动信息。