[发明专利]基于单演信号特征距离和互相关变换光流算法的电影核磁共振图像序列运动估计方法

说明书

基于单演信号特征距离和互相关变换光流算法的电影核磁共振图像序列运动估计方法，本发明涉及电影核磁共振图像序列运动估计方法。本发明是要解决电影核磁共振成像技术难以找到密集的对应特征点，对于电影核磁共振图像的运动估计比对于加标记的核磁共振图像的运动估计更具有难度的问题，该方法是通过一、将三种特征联合构造三维单演信号特征矩阵；二、利用基于零均值归一化互相关系数的公式计算匹配特征E_d(V)；三、限定电影核磁共振图像局部特征的平滑特征E_s(V)；四、将匹配特征项E_d(V)和电影核磁共振图像局部特征的平滑项E_s(V)表示为联合的能量公式，并假设该公式最小化，求得运动估计位移等步骤实现的。本发明应用于电影核磁共振图像序列运动估计领域。

技术领域

本发明涉及电影核磁共振图像序列运动估计方法，特别涉及基于单演信号特征距离和互相关变换光流算法的电影核磁共振图像序列运动估计方法。

背景技术

心功能不全是一种临床常见综合症，病情严重可导致心力衰竭症状的出现，早期评估预测患者的心肌运动特点对心脏疾病的诊断和治疗有重大意义。心肌运动的运动估计与跟踪对于临床心功能量化评估、图像引导的手术导航具有重要的意义，对于医学工程领域中关于非刚体建模和运动仿真也具有重要的指导作用。心脏疾病特别是心血管疾病也会导致异常的心脏运动。心肌梗死患者的左心室就会出现运动功能不全的现象。如果心脏疾病阻碍人体局部心肌血液灌注，则会出现运动机能减退、非同步收缩运动、反常运动甚至不能运动等四种异常的心肌运动形式。心脏是一个始终处于运动状态中的器官，对左心室进行运动分析目的在于通过提取心脏序列图像中左心室的特征信息，跟踪心肌在一个心动周期中的运动轨迹。

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)技术已经成为心脏疾病临床诊断的重要辅助手段。该技术能够无侵入地检测人体的组织和器宫，而且其成像机理使得该方法对生物体内如心脏这样的软组织特别有效。在心脏疾病诊断和心功能评估等领域中，基于核磁共振成像序列的心脏运动和形变估计是一个不可忽视的研究方向。由于电影核磁共振图像的灰度非常相近，难以找到密集的对应特征点，因而对于电影核磁共振图像的运动估计比对于加标记的核磁共振图像的运动估计更具有难度，目前国内外研究较少。而针对电影核磁共振图像的灰度相近，特征稀少的挑战，引入更多的特征用于运动估计就显得很重要了。

发明内容

本发明的目的是为了解决核磁共振成像技术难以找到密集的对应特征点，对于电影核磁共振图像的运动估计比对于加标记的核磁共振图像的运动估计更具有难度的问题，而提出的基于单演信号特征距离和互相关变换光流算法的电影核磁共振图像序列运动估计方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一、利用空间正交滤波器在电影核磁共振图像中提取单演信号的局部相位、局部方位和局部振幅三种特征，将三种特征联合构造三维单演信号特征矩阵；其中，设置电影核磁共振图像序列中任意两幅相邻的图像为I₁和I₂；

步骤二、用三维单演信号特征矩阵分别代替彩色RGB图像的3种颜色通道信息作为光流算法的输入图像；利用基于零均值归一化互相关系数的公式计算光流算法的输入图像局部特征的匹配特征项E_d(V)作为光流算法的匹配特征项；其中，光流算法由数据的匹配公式和平滑公式两部分构成；

步骤三、利用双边滤波器根据基于零均值归一化互相关系数的光流算法的平滑公式对两幅相邻的图像I₁和I₂进行滤波，限定电影核磁共振图像的点的位移V的最小化匹配误差即电影核磁共振图像局部特征的平滑特征项E_s(V)；

步骤四、将步骤二计算的匹配特征项E_d(V)和步骤三计算的电影核磁共振图像局部特征的平滑特征项E_s(V)表示为联合的能量公式：