[发明专利]一种基于自适应卷积核的磁共振相位图的背景场去除方法

说明书

一种基于自适应卷积核的磁共振相位图的背景场去除方法，利用水平集函数创建解缠绕相位图的能量泛函；根据求解得到的相位水平集能量提取出磁化率区域变化的显著度，并逐个体素的创建自适应高斯卷积核；采用自适应高斯卷积核去除背景场。本方法能够有效解决在空气‑组织交界面处因强磁化率变化引起的场分布不均匀问题，实现准确去除背景场的同时保证人体组织的完整性，为研究应用和临床诊断提供高质量的相位信息和局部场图。

技术领域

本发明涉及，特别是一种基于自适应卷积核的磁共振相位图的背景场去除方法。

背景技术

磁化率定义为物质放入外磁场后的磁敏感性反应，是物质的固有属性。磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)中，每一种物质在放入磁场后都可以得到一定程度的磁化，磁化与磁场大小及组织的磁化率成正比。如果施加一个足够长的TE，自旋频率不同的质子间将形成明显的相位差别，从而在相位图上区别出磁敏感性不同的组织。定量磁化率成像(Quantitative Susceptibility Mapping,QSM)利用梯度回波数据的相位信息产生组织的磁场特性图。QSM通过求解关于感应磁场分布的病态逆问题，由测得的相位图像导出潜在的组织体磁化率的定量图，在医学磁共振成像领域具有广阔的应用前景。QSM技术有助于分辨并量化特定生物标记，如铁、钙、钆和超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPIO)，已经广泛应用于脑损伤，多发性硬化症、多种神经退行性疾病、骨骼矿化以及动脉粥样硬化的研究中，对此类疾病的临床诊断具有重要意义。QSM还能够对活体组织神经束和脑白质纤维进行非入侵式检测，为神经纤维成像研究提供新的对比机制，这对于神经影像学定量的连接性研究和生物物理研究非常重要。

利用相位信息计算定量磁化率图之前，必须通过预处理对相位图像进行校正，包括相位解缠绕和去除背景场。磁化率成像对于局部磁场不均匀性特别敏感，在某些磁化率差异特别大的区域，如颅底的含气鼻窦部位，会造成局部特别强的相位伪影，使我们无法有效观察及利用感兴趣区的相位信息。传统的高通滤波器方法假设背景场是缓慢变化的，虽然可以较好的去除背景低频相位扰动，但是可能从大的解剖结构上将一些生理和病理相关的相位信息去除，尤其在严重磁场不均匀的区域，并不能完全滤除背景的相位改变，从而残留大量的背景相位。因此，在应用相位图之前如何对其进行有效的相位校正是定量磁化率成像的首要关键问题。

受物理原理启发，近来提出的偶极场投影方法(PDF)建立在Hilbert空间的投影理论之上，即VOI内部和外部的组织磁化率源产生的磁场近似正交，该方法去除背景场的有效性优于传统方法，但是在组织的边界或是组织—空气的交界面仍存在问题。因为方法的基本假设的有效性在边界处受到限制，而且难以区分边界处的磁场变化来自内部的组织磁化率还是外部的组织源。相位数据复杂谐波伪影抑制算法(SHARP)假设VOI外部的背景在VOI内满足调和函数性质，可用归一化的球均值卷积核求解。由于采用球均值卷积核，SHARP方法在VOI边缘区域的体素因与VOI外的无效信号做卷积运算而导致边缘模糊，模糊点的数量正比于所用球体的直径，需要被剔除。实际中SMV滤波的过程中边界常存在残余相位误差，这是由于空气—组织的交界处高磁化率差异导致的。这个残余误差在去卷积滤波的过程中被进一步放大，放大的尺度与球体的直径成反比。可见，采用大直径的球均值卷积核会减小相位误差，但是不足在于导致剔除较多边界点。针对SHARP存在的上述缺陷，研究人员提出变卷积核半径SHARP法(V-SHARP)，正则化SHARP法(RESHARP)和拉普拉斯方程边界值法(LBV)等改进方法。