一种针对颈动脉磁共振血管壁成像的血流伪影去除方法与流程

本发明涉及磁共振血管壁成像技术，特别涉及一种针对颈动脉磁共振血管壁成像的血流伪影去除方法，属于医学成像领域。

背景技术：

心脑血管疾病已成为威胁人类健康的首要疾病。磁共振黑血成像技术(black-bloodmagneticresonanceimaging)又称磁共振血管壁成像技术，是一种常用血管疾病诊断技术，它能够对血管狭窄和闭塞部位进行成像。它通过黑血预脉冲来抑制血液信号，因此所得到的图像中血液呈现暗信号。黑血成像技术能够清晰地显示血管腔内的斑块组织，并且高分辨黑血成像能够区分斑块的成分，所以对于评估斑块的稳定性和风险预测有积极的作用，是目前临床中针对斑块成像的一种有效技术。

血流伪影的抑制是颈动脉黑血成像的关键。前人已经提出了多种血流伪影抑制方法，包括双翻转恢复(dir)、三翻转恢复(tir)、四翻转恢复(qir)、运动敏感驱动平衡(msde)和伴随章动的延迟交替定制激发(dante)技术等。这些方法利用了不同的血流抑制预脉冲，在保留周围静态组织信号的同时，抑制流动的血液信号。

然而，由于颈动脉的独特结构，血流的流动模式复杂，在颈动脉分叉有时会出现流速过慢、停止和回流的血流，造成血流伪影，而这些血流伪影很难单纯依靠血流抑制预脉冲来去除。残余的血流伪影会干扰血管腔、血管壁和斑块的成像结果，使血管壁和斑块的边界模糊、难以分辨。这会造成从图像中测得的血管壁厚度偏厚，也会影响斑块的识别，从而影响临床的诊断。

灰血成像技术是一种由黑血成像技术衍生出的新的血管壁成像技术。该技术获取的图像中，血流信号呈现中等亮度，因而称为“灰血”。通过k空间的填充方式的设计，灰血成像技术能够在一次扫描当中同时获取黑血像和灰血像两种对比的图像。这样的黑灰血双对比成像技术为黑血成像中血流伪影的抑制提供了新的启示。

技术实现要素：

为了得到更为清晰可靠的颈动脉血管壁图像，本发明提出了一种基于双对比图像相减(dual-contrastimagessubtraction,dics)的血流伪影抑制方法。本发明采用黑灰血双对比成 像技术，并设计了一种双对比图像预加重再相减的方法，能够更加彻底地去除原有黑血像中的残余血流信号。

本发明的技术方案如下：

一种磁共振血管壁成像的血液伪影去除方法，包括以下步骤：

1)使用黑灰血双对比成像技术对血管成像，在一次扫描中同时获取空间对齐的黑血和灰血两种对比图像；

2)基于二维离散小波变换分别对黑血图像和灰血图像进行预处理，抑制其高频子带；

3)对步骤2)预处理后的黑血图像和灰血图像分别进行不同的预加重处理，然后将预加重后的黑血图像减去预加重后的灰血图像，得到相减后的图像；

4)对相减后的图像进行亮度调整，使它的平均亮度和初始黑血图像的平均亮度一致，得到去除血流伪影的血管壁磁共振图像。

上述步骤1)通过基于双对比的回波得到空间一致的黑血图像和灰血图像，优选的，所述黑灰血双对比成像技术基于recs-3dmerge成像技术，利用成像间期内成像层饱和血液流出、新鲜血液流入的特征，采用前后并列的两个3dfspgr成像序列，分别用来获取黑血图像和灰血图像。

为抑制因后续的预加重和图像相减导致的图像噪声的放大，在步骤2)应用二维离散小波变换对黑血图像和灰血图像进行预处理。优选的，步骤2)选用db8母小波函数对黑血图像和灰血图像进行小波分解，小波分解层数为2～4层；小波分解后，将灰血图像的高频小波子带彻底去除，将黑血图像的高频小波子带乘以其中α取值为0.5～1.5。进一步的，设置一个小波硬阈值t＝λ·σ，将黑血图像的高频小波子带中幅值小于t的系数置零，进一步抑制高频子带的小系数。其中，σ是从最精细尺度子带中采用中位数绝对偏差方法估计的噪声方差，系数λ取值为3～6。

步骤3)用预加重后的黑血图像减去预加重后的灰血图像，从而利用灰血图像中的血流信号消除黑血图像中残余的血流伪影。上述步骤3)中，灰血图像的预加重系数为α，黑血图像的预加重系数为α+1，α取值为0.5～1.5，同步骤2)。

在步骤4)进行亮度调整前，须将相减后的图像中值为负数的像素值置为零。

步骤5)是基于图像的平均亮度进行调整，通过给相减后的图像设置增益系数，使其平均亮度和原始黑血图像的平均亮度一致。

本发明具有以下优点：

本发明基于黑灰血双对比图像相减的方法，利用灰血图像中的血流信号，消除了黑血图像中残余的血流信号。相比于单纯依靠血流抑制预脉冲的方法，本发明能够更加彻底地去除黑血成像当中的血流伪影。实验结果表明，本方法获取的黑血图像中，反映血流伪影抑制效果的管腔内信噪比下降到了由黑血序列直接获取的黑血图像的1％，而管壁-管腔差噪比提高了91.4％。

附图说明

图1是黑灰血双对比成像序列的序列图。

图2是本发明血流伪影抑制方法的处理流程图。

图3显示了本发明实施例中α取1的成像结果，展示了典型的dics方法得到的图像和对应的原始黑血图像(bb)、灰血图像(gb)、3dtof及2dqir-fse图像。

图4显示了本发明实施例中选取不同α值时，dcis技术得到的图像的管腔信噪比(a)、管壁-管腔差噪比(b)和噪声标准差(c)。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明的技术方案，但本发明并不局限于此。

1.黑灰血双对比成像序列

黑灰血双对比成像基于recs-3dmerge成像技术，其序列图如图1所示。采用了两个3dfspgr成像序列，能够在一次扫描过程中同时得到黑血图像和灰血图像两种对比的图像。

本实施例针对颈动脉进行成像，选取的序列参数如下：

tr/te＝6.4ms/3.1ms，翻转角＝6°，fov＝150×150mm，图像尺寸＝256×256，层厚＝1.4mm，层数＝48，接收机带宽＝31.25khz，信号获取次数＝1，压缩感知加速倍数＝3，延迟时间＝800ms。

扫描时间共计2分12秒。

2.图像预处理步骤

选用db8母小波函数，对原始黑血图像和灰血图像进行3层小波分解，如图2所示；然后将灰血图像的高频子带彻底去除，将黑血图像的高频子带乘以α取值为0.5～1.5，在本实施例中取值为1。此外，对黑血图像的高频子带设置一个小波硬阈值t＝λ·σ，进一步抑制高频子带的小系数。其中，σ是从最精细尺度子带中采用中位数绝对偏差(medianabsolutedeviation,mad)方法估计的噪声方差，λ取值为3～6，在实施例中取值为5。对上述处理后的图像进行离散小波逆变换，得到高频子带被彻底去除后的灰血图像和高频子带被抑制后的黑血图像。

3.预加重与图像相减

1)将黑血图像和灰血图像分别进行预加重，灰血图像乘以系数α，黑血图像乘以系数α+1(参见图2)。

2)用预加重后的黑血图像减去灰血图像。

3)参见图2，将做差得到的图像的负值置零，得到最终的处理后图像。

4.亮度调整

如图2所示，将步骤3得到的图像的平均灰度值设置为和原黑血图像相同的平均灰度值，即：

ib代表原始黑血图像，is代表步骤3得到的图像，代表亮度调整后的图像，mean表示取平均值操作。

图3中a将本发明dcis方法得到的图像和原始黑血图像进行了比较，可见原始黑血图像中仍有残留的血流伪影，而dcis方法处理后的图像中血流伪影得到了充分抑制。图3中b和c将代表性的dics图像和原始黑血图像、灰血图像、3dtof图、2dqir-fse图像进行了比较。图3中b展示了一个血管增厚的图像，可见原始黑血图像中的残余血流信号被有效去除，血管-管腔边界更加清晰。图3中c展示了一个带有钙化斑块的图像，可见由于dics技术更彻底地抑制了血流伪影，相比于原始黑血图像，钙化和管腔的边界变得更易识别。

本实施例对20例病人进行了颈动脉成像，其中12例存在颈动脉狭窄，8例为健康被试。分析其影像数据，得到如图4所示的结果。

图4显示了选取不同α值时，dcis技术得到的图像的管腔信噪比、管壁-管腔差噪比和噪声标准差。相比于原始黑血图像，dcis技术得到的图像的管腔信噪比有了大幅度减小。当α>1时，管腔信噪比趋向于0，这表明血流伪影得到了充分的去除。而dcis技术得到的图像的管壁-管腔差噪比相比于原始黑血图像增长了63.5％-126.1％。dcis技术得到的图像的噪声水平相比于原始黑血图像也有所减小。