《磁共振成像T2*参数测量中图像处理技术的研究及应用》

基于磁共振成像T2*的铁沉积测量是地中海贫血治疗应用较广的主流方法(T2*值越小,铁含量越高),但仍然面临T2*不能自动、快递、准确测量的难题。项目团队亦瞄准这个难题开展图像处理技术研究及应用,取得了重大技术创新,涉及T2*图快速、准确测量,感兴趣区域提取,快速磁共振成像,磁共振去噪。

1)针对磁共振参数测量过程中噪声对T2*图精准化的影响问题,a)提出了基于非局部均值滤波的T2*图计算方法,利用非局部均值滤波对T2*弛豫图像进行去噪,结合二阶矩模型估计T2*,有效地降低噪声对量化参数的影响。相比传统的低通高斯滤波去噪技术,可以在去噪的同时较好保留R2*图的边缘结构信息,具有最小的均方根误差;b)提出基于自适应邻域正则化曲线拟合的T2*图估计技术,将去噪和曲线拟合融合在一个框架下,避免了上述先去噪再拟合的“两步法”中的误差传播;c)提出基于三次样条函数插值及查询表的T2*图快速计算方法,实现了5个数量级的加速。

2)针对基于感兴趣区域的T2*参数测量简单方便,但尚无感兴趣区域自动提取技术的问题,a)提出基于局部邻域信息和熵的高斯约束CV模型提取左心室心肌区域,其重复率值区间为(0.9203, 0.9607),分割结果准确率高,作为一种通用的图像分割技术,可用于其他目标边缘检测中;b)提出融合了改进的CV模型、阈值分割、带空间约束的模糊C均值算法等经典方法的室间隔区域提取技术;结合地贫患者T2*测量自动截断模型估计室间隔区域的T2*值,首次建立了一个全自动的T2*参数测量框架,该方法与人工T2*测量结果的变异系数仅为4.15%;c)首次提出了基于R2*测量中的半自动全肝实质提取技术,减少了人工成本,降低了观测者间和观测者内的差异性。

3)针对提高磁共振T2*成像速度的问题,a)提出一种基于分离式自约束的并行磁共振成像(pMRI)重建方法,同时使用了前向约束,后向约束和自约束,能有效地减少通过GRAPPA重建图像中的混叠伪影和噪声,其归一化均方根误差最小;b)提出一种基于近似支撑向量机的pMRI重建方法,利用小波核将K空间数据映射到更高维非线性空间,首次利用近似支撑向量机求解多线圈数据在K空间之间的关系,在更高加速因子下取得了更好的重建效果;c)提出基于K空间信息的pMRI相位信息处理技术,图像的幅值信息与相位信息的综合作用使得估计出的线圈敏感度信息更加准确,准确地获取扫描组织的相位信息,进而辅助临床医生检查、诊断。

4)针对随机噪声干扰图像视觉检测的问题,a)提出一种基于正则化递归的两步高阶奇异值分解去噪方法,将第一步去除的噪声中的结构信息递归引入滤波图像,既能很好的保持细节又能保证均匀区域足够光滑,得到了视觉效果更佳的去噪结果,并将该技术推广应用到红外成像设备中;b)设计了一种降低磁共振成像噪声的结构。通过非对称的梯度集装体和主磁场末端喇叭结构的设计能使得中央间隙的内部和外部噪声分别降低6.9和5.6db。

项目获得知识产权10项,其中发明专利6项,软件著作权4项;在国内外重要学术刊物上发表SCI收录论文20篇,其中JCR三区及以上17篇。

在国家自然科学基金和河南省科技攻关项目的支持下,该项目对磁共振成像T2*测量中的关键难题进行研究,提出了一些图像处理新方法,不仅能够辅助临床医生诊断,降低误诊率,作为通用的图像分割、图像去噪等技术,亦可推广应用到智能导航、红外成像仪、指纹识别、相机、磁共振等产品中,产生了显著的经济效益和广泛的社会效益。项目成果已在国内广泛应用,累计经济效益1.3亿元。

成果说明

本系统平台自2015年1月开始研发以来,经过多次的仿真优化、研制、测试及调试,系统功能基本完成。2016年1月份项目中的研究成果首先在郑州市第七人民医院等单位进行了测试及使用,在试用过程中,试用单位提出了许多宝贵的意见,项目组一面跟踪试用情况,一面改进和完善系统功能。经过多次跟踪,修改完善,针对临床上地中海贫血患者的铁过载治疗提出的感兴趣区域提取和T2*测量方法,降低了主观性的影响,降低了人工成本,提高了治愈率,在郑州美年大健康科技有限公司的分院中增加了相关体检项目。项目组提出的并行磁共振重建技术和基于高

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